Lead (II) ions induce the transformation of a collection of citrate-capped gold spherical nanoparticles into large nanotriangles

Abstract

Spectral changes associated to physicochemical alterations in a colloidal system are key in nanosensor design for decentralized analyses. Citrate-capped spherical gold nanoparticles in basic medium interact with lead (II) ions to give rise to different products depending on the molar concentration ratio nanoparticles/lead (II). For low values of this ratio, lead (II) ions act as charge shield forming ionic associations. For intermediate values, lead (II) ions coordinate to carboxylate moieties from citrate, inducing aggregation of the nanosystem. Finally, for the higher values, a redox reaction is favoured leading to the deposition of PbO2 on the nanoparticle surface, thus causing changes in the UV/VIS/NIR spectra compatible with the formation of nanotriangles. Transmission Electron Microscopy confirms this shape change and the incidence of the incident rays in the vacuum chamber on the sample confirm the selective melting of the formed PbO2 layer.

Los cambios espectrales, asociados a las alteraciones fisicoquímicos en un sistema coloidal, son claves a la hora del diseño de nanosensores descentralizables selectivos. Las nanopartículas de oro esféricas protegidas con citrato en medio básico interaccionan con los iones plomo (II) para dar diferentes productos dependiendo del cociente de concentraciones nanopartículas/plomo(II). Para bajos valores de este cociente, los iones plomo (II) actúan apantallando la carga neta de las nanopartículas, dando lugar a agregados iónicos. Para valores intermedios, los iones plomo (II) coordinan con los grupos carboxilato del citrato, induciendo la agregación del nanosistema. Finalmente, para altos valores, se favorece una reacción redox que conduce a la deposición de PbO2 sobre la superficie, produciendo cambios en los espectros UV/VIS/NIR que coinciden con la formación de nanotriángulos. Las micrografías obtenidas por microscopía de transmisión electrónica confirman el cambio de forma, a la vez que la acción de los rayos incidentes sobre la muestra en la cámara a vacío confirma la fusión selectiva de la capa de PbO2 formada.