Allgemeine hydrothermale Synthese von kohlenstoffbeschichteten Edelmetall-Nanokompositen mit photothermischer Funktion

Zusammenfassung

Diese Studie demonstriert eine einfache hydrothermale Methode, die verallgemeinert werden kann für die kontrollierte Synthese edelmetallischer kohlenstoffhaltiger Nanostrukturen (z. B. Au@C, Ag@C) unter milden Bedingungen (180–200 °C). Sie bietet zudem einen einzigartigen Ansatz zur Herstellung hohler kohlenstoffhaltiger Strukturen durch Entfernen der Kerne (z. B. Silber) via Redox-Ätzprozess. Mikrostruktur und Zusammensetzung der Nanopartikel wurden mittels verschiedener mikroskopischer und spektroskopischer Techniken charakterisiert. Cetyltrimethylammoniumbromid (CTAB) als Tensid spielt eine Schlüsselrolle bei der Bildung von Ag@C-, Au@C-Nanokabeln und den entsprechenden hohlen kohlenstoffhaltigen Nanoröhren. Der dynamische Wachstums- und Bildungsmechanismus der kohlenstoffhaltigen Nanostrukturen wird detailliert diskutiert. Schließlich wurde die laserinduzierte photothermische Eigenschaft von Au@C-Nanokompositen untersucht. Die Ergebnisse sind nützlich für das Design und die Konstruktion kohlenstoffhaltiger Metall- oder Metalloxid-Nanostrukturen mit potenziellen Anwendungen in elektrochemischer Katalyse, Energiespeicherung, Adsorption und Biomedizin.

Highlights

• Entwicklung einer einfachen hydrothermalen Methode für edelmetall@C-Kern-Schale-Nanostrukturen
• Die erzeugten Ag- oder Au-Kerne sind gut kristallisiert, die kohlenstoffhaltige Hülle ist amorph
• Glucose spielt eine Mehrfachrolle: Reduktionsmittel für Metallionen, Formmodifizierer und Oberflächenschutz
• Tieftemperatur (60–100 °C) hydrothermale Reaktion zum Ätzen von Ag@C-Kern-Schale zu hohlen kohlenstoffhaltigen Hüllen
• Stäbchenförmige Au@C-Nanokomposite zeigen photothermischen Effekt, Potenzial für biomedizinische Anwendungen

Einleitung

Kohlenstoffmaterialien gewinnen in Materialwissenschaft und Technologie zunehmend an Bedeutung. Zahlreiche Kohlenstoffpartikel wurden untersucht: Kohlenstoffnanoröhren, Kohlenstoffsphären/-punkte, Graphenoxid (GO). Besonders kohlenstoffhaltige Nanostrukturen zeigen einzigartige Eigenschaften: gute Stabilität (< 200 °C), poröse Röhrenwände, überlegene Schmiereigenschaften, leichte Dispergierbarkeit in Wasser, Biokompatibilität und leichte Hybridisierung mit Metallen (Au, Ag) und/oder Metalloxiden zu hybriden funktionalen Nanostrukturen.

Insbesondere kohlenstoffhaltige Metall-Nanokomposite ziehen aufgrund ihrer hervorragenden Biokompatibilität in medizinischen Anwendungen großes Interesse auf sich. Zur Herstellung solcher Partikel oder ihrer metallischen Hybridstrukturen wurden diverse Methoden entwickelt, z. B. hydrothermale Verfahren mit Zucker oder Stärke als Ausgangsmaterial, einstufige hydrothermale Synthese von kohlenstoffhaltigen Silber-Nanokabeln und -Nanoröhren nach Ätzen des Silberkerns, Template-Ansätze für Ag/Cu@PVA-Koaxialnanokabel, Te@PVA-Nanostrukturen, sowie poröse Membran-Templates und positive Hart-Templates für kohlenstoffhaltige Nanostrukturen. Die Entfernung der Hart-Templates kann jedoch Probleme in Nachbehandlungen (chemisches Ätzen oder Hochtemperaturkalzinierung) wie Strukturbrüche oder -kollaps verursachen. Zudem wurde wenig über den Bildungs-/Entwicklungsmechanismus kohlenstoffhaltiger Edelmetall-Nanostrukturen unter den berichteten Bedingungen aufgeklärt.

Photothermische Therapie wurde entwickelt, da sie gesundes Gewebe weniger schädigt, indem sie lokalisierte Wärme erzeugt – besonders in frühen Metastasierungsstadien oder bei Primärtumoren. Goldnanopartikel (GNPs) sind hervorragende Kandidaten. Neuere Fortschritte im multifunktionalen Design von GNPs ermöglichen lokale Wärmeerzeugung in Tumornähe und zusätzlich kontrollierte, gezielte Abgabe mehrerer Medikamente. GNPs eignen sich für photothermische Tumortherapie, da sie in lokale Tumorareiche gelangen können, während unspezifische Verteilung minimiert wird, durch Nahinfrarot (NIR)-Laserlicht aktivierbar sind (tiefe Gewebedurchdringung) und für vielseitige Krebs-Photothermie modulierbar sind.

Hier demonstrieren wir eine einfache, aber effektive Synthesemethode für kohlenstoffhaltige Au@C- oder Ag@C-Nanostrukturen unter milden Bedingungen (180–200 °C). Interessanterweise können Ag-Kerne – im Gegensatz zu Au – aus der kohlenstoffhaltigen Struktur durch tieftemperatur-Aetzen (60 °C für zehn Stunden) ohne Hochtemperaturbehandlungen entfernt werden. Die Mikrostruktur der Nanokomposite wird charakterisiert, die möglichen Bildungsmechanismen verstanden. Die photothermische Eigenschaft von Au@C-Nanostrukturen wird als Fallstudie untersucht. Diese Studie bietet eine einfache, aber effektive Strategie zur Herstellung kohlenstoffhaltiger Metall-Nanokomposite für Materialwissenschaft, Katalyse und Biochemie.

Experimentelle Methode

Chemikalien

Silbernitrat (> 99 %), D-Glucose (99 %), Cetyltrimethylammoniumbromid (CTAB, > 98 %) und Gold(III)-chlorid-trihydrat (HAuCl₄·3H₂O, > 99,9 %) wurden von Sigma-Aldrich bezogen und ohne weitere Reinigung verwendet. Alles Glasgerät wurde mit frischem Königswasser gereinigt, mehrmals mit destilliertem Wasser und/oder Ethanol gespült und vor Gebrauch getrocknet.

Synthese von kohlenstoffhaltigen Ag@C- und Au@C-Nanostrukturen

Typischerweise waren folgende Schritte involviert: Schritt 1: 2,0 ml 0,01 M AgNO₃ und 6,0 ml 0,01 M Glucoselösung wurden in einen 50-ml-Glasbecher mit 10 ml 0,12 M CTAB-Lösung gegeben, gemischt und gerührt zur Homogenisierung. Schritt 2: Das Gesamtvolumen wurde auf 35 ml mit destilliertem Wasser unter Rühren über 10 min eingestellt. Die Mischung färbte sich hellgelb, wahrscheinlich durch AgBr-Fällung in Gegenwart von CTAB. Schritt 3: Die Mischung wurde in einen 50-ml-Teflon-ausgekleideten Edelstahlautoklaven überführt und bei 180 °C für einige Stunden erhitzt.

Für Au@C-Nanopartikel wurde AgNO₃ durch HAuCl₄·3H₂O-Lösung ersetzt. Für kohlenstoffhaltige Au@C-Nanorods wurden zuerst Au-Nanorods basierend auf Vorarbeiten synthetisiert, in denen CTAB die Bildung der Au-Nanorods steuert. Die Au-Nanorods wurden in Glucoselösung dispersiert und bei 180 °C für 6–24 h hydrothermal nachbehandelt.

Ätzen für hohle kohlenstoffhaltige Strukturen

Hohle kohlenstoffhaltige Nanostrukturen wurden durch Ätzen der Ag-Kerne aus Ag@C-Nanokompositen hergestellt, indem die gleiche Reaktionslösung bei 60 °C für zehn Stunden belassen wurde – dies funktioniert nicht für Au-Kerne aus Au@C. Durch einen dynamischen Reaktionsprozess wurden die Ag-Kerne entfernt und hohle kohlenstoffhaltige Strukturen gebildet. Die Proben wurden dreimal mit destilliertem Wasser gespült zur weiteren Charakterisierung.

Charakterisierung

Bildung, Wachstum und Ätzprozesse der Au@C- und Ag@C-kohlenstoffhaltigen Nanostrukturen wurden mittels TEM (JEOL-1400), SEM (FEI Nova NanoSEM 230 FESEM), HRTEM (Phillips CM200, 200 kV), UV-Vis-Spektroskopie (Cary 5000, 1-cm-Quarzzelle), FT-IR (Perkin Elmer Spotlight 400, 650–4000 cm⁻¹), Ramanspektroskopie (Renishaw RM1000, 514 nm Anregung) und Röntgendiffraktion (Philips X'pert, Cu-Kα, λ = 0,15406 nm, 40 kV, 100 mA, 10–80°, 0,02°/s) charakterisiert.

Photothermische Messungen

Ein Thermoelement (Delta OHM HD2128.2 T-Typ) diente zur photothermischen Temperaturmessung nach Literaturvorlagen. Lichtquelle: Laser mit Leistungsdichte 0,17 W/cm². Für höhere Genauigkeit und Zuverlässigkeit wurden Temperaturen zusätzlich mit einer Cedip Titanium 560 M IR-Kamera (640×512 Pixel, bis 100 Hz, Pixel 24×24 µm, empfindlich 3,6–5,1 µm) gemessen. Der 0,8-µm-Laser ist für den Sensor unsichtbar, nur thermische Emission der Flüssigkeit wird detektiert. Temperaturbereich 0–60 °C. Als Fallstudie wurden Au@C-kohlenstoffhaltige Strukturen (Au-Nanorods, Aspektverhältnis ~3,7) gewählt, wegen der starken Stabilität und Unbedenklichkeit von Au in Biosystemen.

Ergebnisse und Diskussion

Mikrostruktur der kohlenstoffhaltigen Ag@C-Nanostrukturen

Morphologie und Zusammensetzung wurden per TEM und SEM charakterisiert. Abb. 1a zeigt TEM-Bilder der Ag@C-Nanokabel (Inset: Vergrößerung), Durchmesser 30–50 nm, Ag-Kern 10–20 nm Breite. SEM (Abb. 1b) bestätigt gebogene Nanokabel. Es bildeten sich nur eindimensionale Ag@C-Nanokabel, keine kohlenstoffhaltigen Sphären, was zeigt, dass Selbstnukleation und Wachstum durch Glucose-Karbonisierung signifikant unterdrückt wurden und der Beschichtungsprozess auf dem Ag-Kern dominiert.

Anschließend konnten Ag@C-Nanokabel durch Belassen der Reaktionslösung bei 60 °C für 24 h ohne Zusatz von Ätzmitteln geätzt werden, wodurch hohle kohlenstoffhaltige Nanoröhren entstanden (Abb. 1c, d mit verschiedenen Vergrößerungen). Der Ag-Kern wurde durch den hydrothermalen Reaktionsprozess entfernt. Die Nanoröhren schrumpfen leicht, zeigen aber keine Brüche – die kohlenstoffhaltigen Hüllen sind strukturell relativ stabil.

Um Bildungs- und Wachstumsprozesse zu verstehen, wurden verschiedene Reaktionszeiten verfolgt (Abb. 2). Mit Zeitverlauf von 1 h (a) bis 3 h (b), 6 h (c), 12 h (d), 24 h (e) bei 180 °C formte sich kohlenstoffhaltiges Ag@C: Ag formte sich allmählich von Punkten (a) zu kurzen Stäben (b–d) und schließlich zu Stäben/Drähten (e). Die Silber-Nanorods in Ag@C sind gut kristallisiert, bestätigt durch HRTEM (Abb. 2f, g mit Beugungsmuster-Inset). Kristalline Ag{111}-Ebenen mit Gitterabstand 0,238 nm waren im HRTEM (Abb. 2g) klar erkennbar.

Zwei mögliche Mechanismen für Ag@C-Bildung: (1) AgBr-Fällung durch Br⁻ (aus CTAB) und Ag⁺ (aus AgNO₃) aufgrund sehr kleinem K_sp (5,0×10⁻¹³) bei RT in wässriger Lösung; AgBr ist thermisch instabil und bildet metallisches Ag unter Wärmebehandlung, als Nukleationszentrum für kohlenstoffhaltige Hülle. CTAB modifiziert zudem die Oberfläche, fördert orientiertes Wachstum von Ag-Nanorods/-drähten, da CTAB-Moleküle bevorzugt an den Langachse-Kristallebenen wachsender Ag-Partikel adsorbieren. (2) Glucose wirkt als Reduktionsmittel für freie Ag⁺-Ionen zu Ag⁰-Atomen bei hoher Temperatur (> 140 °C) durch seine reichen –OH- und Aldehydgruppen. Neu gebildete Ag-Kerne wirken als Nukleationszentren für Glucose-Adsorption und anschließende Polymerisation zur kohlenstoffhaltigen Hülle auf dem Silber-Rückgrat.

Zur Bestätigung wurde XRD zeitabhängig eingesetzt (Abb. 3). Der Prozess besteht aus zwei Stufen je nach Reaktionstemperatur. Stufe 1: Glucose, AgNO₃, CTAB als Ausgangsmaterialien für Ag@C-Nanokabel bei 180 °C. Stufe 2: Reaktionstemperatur desselben Systems auf 60 °C gesenkt für hydrothermale Behandlung. Zeitintervalle 4 h und 3 h für Wachstum und Ätzen (Abb. 3c).

Abb. 3 zeigt XRD-Muster: initial gebildeter brauner Niederschlag zeigt zwei intensive Peaks, indiziert als kubisches AgBr (200) und (220) (JCPDS 079-0149). Keine Ag-Peaks bis Reaktion > 8 h unter Erhitzung, dann tritt metallisches Ag(111) bei ~38,1° auf (JCPDS 087-0717). Allmähliche Zunahme der Ag(111)-Intensität zeigt Bildung von metallischem Ag, Maximum ~24 h. Einige Peaks (Ag(200), AgBr(220)) überlappen sich. Interessanterweise: bei Absenkung auf 60 °C erfolgt Ätzen der Ag-Kerne, bestätigt durch allmählich abnehmende Intensität des typischen Ag(111)-Peaks bei ~38,1°. Über zehn Stunden verschwinden Ag-Kerne (Ag(111)-Peak nahezu verschwunden). Die Produktanalyse als Funktion der Reaktionszeit (Abb. 3c) zeigt, dass Ag-Kerne unter thermischen Bedingungen fast vollständig entfernt werden können, konsistent mit TEM (Abb. 1c, d). Raman-Spektrum (Abb. 3D) zeigt Bildung sowohl amorphen als auch graphitischen Kohlenstoffs.

Basierend auf XRD-Analyse könnte ein thermodynamisches Gleichgewicht zwischen Reduktion von Ag⁺ durch Glucose zu Ag-Kernen und Oxidation von Ag durch Br⁻-Ionen bestehen, konsistent mit Literatur. Beispielsweise zeigten Zhou et al., dass Ag-Nanodrähte erst bei > 140 °C gebildet werden, bestätigt durch Hussain. Für Karbonisierung von Kohlenhydraten (Glucose, Saccharose) wird 170–240 °C als Synthesetemperatur akzeptiert. Die kohlenstoffhaltige Hülle der Nanokabel ist jedoch amorph, anders als CNTs oder Graphen aus Hochtemperatur-Annealing.

Beim Ätzen der Ag-Kerne besitzen Sauerstoffmoleküle ein hohes Elektrodenpotenzial (E₀ = +1,229 V vs. SHE), ausreichend zur Oxidation von Ag⁰ zu Ag⁺. Dies wird durch frühere Studien gestützt: oxidatives Ätzen in Gegenwart von Halogenidionen (Br⁻) an Metallnanopartikeln mit regelmäßigen Formen ist in alle Richtungen anisotrop. Xu et al. berichteten, dass Cl⁻ oder Br⁻ die (110)-Ebene von Ag-Nanokristallen bevorzugt ätzen, was auf unterschiedliche Oberflächenfreienenergien der Ag-Kristallebenen (111, 110, 100) zurückzuführen sein könnte. Guo et al. kontrollierten den selektiven Ätzstartpunkt von der Nanostabseite durch Reduzierung der Surfactant-Passivierung und Erhöhung der Reaktivität an den Seitenebenen. Das Ag-Kernätzen wurde auch durch unsere experimentellen Beobachtungen an Ag@C-Nanopartikeln unter ähnlichen Bedingungen bestätigt (Abb. 4). Die kleinen schwarzen Punkte (Abb. 4b) könnten von der Zersetzung von AgBr als Ag-Punkte unter Wärmebehandlung stammen. Ein schematisches Diagramm illustriert den Syntheseprozess von Ag@C und Bildung der hohlen kohlenstoffhaltigen Hülle (Abb. 4c).

Die UV-Vis-Eigenschaften der synthetisierten Ag@C-Kern-Schale-Nanokabel und hohlen kohlenstoffhaltigen Strukturen wurden gemessen (Abb. 5). Dies bestätigt weiterhin das Ätzen des Ag-Kerns. Ag@C-Nanokabel zeigen intensiven Absorptionspeak bei ~382 nm (Kurve A, Abb. 5b), was metallisches Silber und starke Oberflächenplasmonenresonanz anzeigt. Im Gegensatz dazu zeigen kohlenstoffhaltige Nanoröhren keine Absorptionspeaks (Kurve C, Abb. 5b). FT-IR-Spektrum (Abb. 5a) bestätigt Bildung der kohlenstoffhaltigen Hülle, reich an C=O, C–OH, OH.

Die Allgemeingültigkeit der Synthesemethode wurde validiert – nicht nur für Silber, sondern auch für andere Edelmetalle (z. B. Gold). AuCl₄⁻-Ionen wurden gewählt, die leichter durch Glucose reduzierbar sind als Ag⁺ unter gleichen Bedingungen, da das Standardpotenzial von AuCl₄⁻/Au⁰ (0,99 V vs. SHE) höher ist als Ag⁺/Ag⁰ (0,799 V vs. SHE). Wichtig: Au ist stabiler als Ag und ungiftig, vorteilhaft für photothermische Effekte in biomedizinischen Anwendungen.

Abb. 6 zeigt zeitliche Bildung von Au@C-kohlenstoffhaltigen Nanostrukturen. Innerhalb 1 h bilden sich nicht-kugelförmige Au-Nanopartikel (Abb. 6a), wobei AuCl₄⁻ durch Glucose reduziert wird; gleichzeitig bildet sich kohlenstoffhaltige Hülle um Au-Nanopartikel via Glucose-Polymerisation bei 180 °C für einige Stunden (Abb. 6c–e). Mit Zeitverlauf verdickt sich die Hülle von wenigen nm (Abb. 6d) auf zehn nm (Abb. 6e), Hülle-Geometrie stark abhängig von Au-Partikelform. Elektronenbeugungsmuster (Abb. 6f) zeigt Beugungsringe, indiziert als (100), (110), (111), (200), (210).

Kristallgitter eines einzelnen Au-Nanokristalls in der Kern-Schale-Struktur (Abb. 6g) wurde per HRTEM charakterisiert. Abb. 6h zeigt Gitterabstand ~0,238 nm, zuordenbar zu Au(111). Beugungsflecken (Abb. 6i) indiziert als (100), (200), (300) – einkristallines Au unter den Bedingungen.

Zur weiteren Bestätigung wurden Au-Nanorods für kohlenstoffhaltige Beschichtung als Kern-Schale-Strukturen unter hydrothermalen Bedingungen genutzt. Abb. 7 zeigt Beschichtungsprozess auf Au-Nanorods (Aspektverhältnis ~3,7) als Fallstudie. Mit Zeitverlauf verdickt sich die Hülle von ~6 nm (Abb. 7b) auf ~15 nm (Abb. 7c) und ~23 nm (Abb. 7d); nach 24 h wird die Hülle kugelförmig, unbeeinflusst von der Nanostablänge. Signifikanter Kontrast zwischen grauer Kohlenstoffhülle und schwarzem Goldnanostab. Abb. 7e, f: HRTEM von einzelnem Au-Nanorod vor und nach Beschichtung. Gitterabstand ~0,204 nm → Au(200). EDS-Analysen für Au@C und Ag@C (Zusatzdatei 1: Abb. S1) zeigen, dass die Kohlenstoffhülle die Struktur der Gold-Einkristalle kaum beeinflusst.

Optische Eigenschaften

Optische Eigenschaften von Au@C-Nanostrukturen wurden per UV-Vis-Spektroskopie gemessen (Abb. 8). UV-Vis-Absorptionsspektren für Au@C-Nanopartikel (Abb. 6a–e) rotschieben sich allmählich von 560 nm (a) auf ~565 nm (b), ~580 nm (c), ~590 nm (d), ~620 nm (e) für den intensiven Absorptionspeak (Abb. 8A), mit zunehmender Hüllendicke (Abb. 6c–d). Ähnlich für Au@C-Nanorods (Abb. 7a–d): longitudinaler SPR-Peak rotschiebt von ~810 nm (a) auf ~820 nm (b), ~826 nm (c), ~848 nm (d) (Abb. 8B), während transversaler Modus bei ~518 nm nahezu konstant bleibt. Die kohlenstoffhaltige Hülle beeinflusst also die Oberflächenplasmonenresonanz der Au@C-Nanokomposite.

Wie bekannt, zeigen Au-Nanopartikel intensive SPR, beeinflussbar durch Größe, Morphologie, Umgebungsmedium. Sowohl Au@C-nicht-kugelförmige Nanopartikel (Abb. 6a–e) als auch Au@C-Nanorods (Abb. 7a–d) zeigen intensive SPR mit allmählich rotschiftenden Peaks (Abb. 8A, B), verursacht durch zunehmende Hüllendicke auf Au-Oberfläche. Dies wird durch frühere Studien gestützt: Oberflächenmodifikation photonischer Nanostrukturen wie Au-Nanopartikel führt zu neuartigen Phänomenen (selektive Licht-Materie-Wechselwirkung, schneller Energieübertrag). Kohlenstoffkomponenten beeinflussen Licht-Materie-Wechselwirkung in Hybridsystemen, z. B. durch Reduktion von Streueffekten. Mehrlagige Graphenhülle (sub-5 nm) beeinflusste optische Eigenschaften und Stabilität (chemisch/thermisch) eingekapselter Au-Nanopartikel.

Die laserinduzierte thermische (photothermische) Eigenschaft von Au@C-kohlenstoffhaltigen Nanostrukturen wurde untersucht. Au@C als Fallstudie, da Au stabiler und ungiftig in Biosystemen. Abb. 9 zeigt photothermische Eigenschaft von Au@C mit Hüllendicken ~6 nm, ~15 nm, ~23 nm. Farbwechsel von blau (kalt) zu rot (heiß) zeigt Temperaturanstieg in Au@C-Suspension. Detaillierte Temperaturänderungen in Abb. 9B. Innerhalb erster 600 s Bestrahlung schneller Temperaturanstieg für alle vier Proben. Temperatur nähert sich asymptotisch über 1200 s einem stationären Zustand. Oberflächenbeschichtung reduziert Lichtabsorption für Au@C-Nanokomposite, niedrigere Temperaturen als blanken Au-Nanorods: ~10,6 °C → ~9,3 °C → ~8,1 °C für ~6 nm, ~15 nm, ~23 nm Hülle. Ähnlicher Trend bei Au@SiO₂: 5 nm SiO₂-Hülle senkte Temperatur um ~5 °C vs. blanken Au-Nanorods.

Obwohl die Kohlenstoffhülle die Temperatur senkt, bleibt es attraktiv, da blanke Au-Nanopartikel nicht direkt in Biosystemen anwendbar sind (Reaktion mit Biomolekülen). Konkurrierende Parameter sollten für konkrete Anwendungen optimiert werden. Generell sollte die Kohlenstoffhülle gut kontrolliert werden: nicht zu dick (signifikante Absorptionsreduktion), nicht zu dünn (Bruch unter Bestrahlung). Sowohl blanke Au-Nanorods als auch Au@C-Nanokomposite erzielen signifikanten Temperaturanstieg in geeignetem Bereich (z. B. 37–47 °C) durch Laserbestrahlung – potenziell für Photothermietherapie in Kombination mit gezielten Arzneimittelmolekülen. Bezüglich optischer-photothermischer Beziehung: beide hängen von SPR des edlen Au ab. SPR führt zu starken elektromagnetischen Feldern an der Partikeloberfläche, verstärkt alle Strahlungseigenschaften (Absorption, Streuung). Stark absorbiertes Licht wird schnell via nicht-strahlende Prozesse in Wärme umgewandelt, wenn externes Licht auf Au-Nanopartikel trifft. Photothermische Eigenschaft wird hauptsächlich durch NIR-Licht, nicht sichtbares Licht verursacht. Weitere Arbeiten zur Optimierung relevanter Parameter (Konzentration, pH, Partikelgröße, Oberflächenmodifikation) für reale biomedizinische Anwendungen sind nötig.

Fazit

Diese Studie entwickelte eine allgemeine Strategie zur Synthese edelmetallhaltiger kohlenstoffhaltiger Nanokomposite (Au@C, Ag@C) mit verschiedenen Morphologien durch Steuerung hydrothermaler Bedingungen. Zusammenfassung interessanter Befunde:

1. Hochtemperatur-hydrothermale Reaktion (180–200 °C) bildet Edelmetall@C-Kern-Schale-Nanostrukturen, wobei Glucose Mehrfachrolle spielt: Reduktionsmittel für Metallionen, Formmodifizierer, Oberflächenschutz.
2. Tieftemperatur-hydrothermale Reaktion (60–100 °C) für Ag@C-Kern-Schale-System begünstigt Ätzen von Ag zu hohlen kohlenstoffhaltigen Hüllen durch Ätzer (Br⁻/O₂). Einfacher Weg für hohle Kohlenstoffnanostrukturen (z. B. Röhren). Au@C-Kern-Schale-Nanopartikel sind unter gleichen Bedingungen stabil.
3. Erzeugte Ag- oder Au-Kerne sind gut kristallisiert, kohlenstoffhaltige Hülle ist amorph.
4. Stäbchenförmige Au@C-Nanokomposite zeigen laserinduzierten photothermischen Effekt; Hüllendicke justiert photothermische Temperatur – Potenzial für biomedizinische Anwendungen.

Generell bietet diese Arbeit eine einfache, aber effektive Synthesestrategie, nicht nur für Edelmetalle, sondern auch für andere Metalle, Metalloxide und anorganische Materialien zum Design und zur Konstruktion kontrollierbarer kohlenstoffhaltiger Nanostrukturen mit potenziellen Anwendungen in Sensoren, Energiespeicherung, Katalyse und Biomedizin.