Hydroxylated surfactants as growth-driving agents for the syntesis of anisotropic gold nanoparticles

Abstract

The gold nanorods (AuNRs) have attracted considerable interest due to their special optical properties, strongly dependent on the size and aspect ratio (thickness/length), and thus, their potential applications in optics and medicine (therapy, cancer diagnosis...). In this context, the development of new strategies for the synthesis of anisotropic nanorods with high yields and selectivities remains a challenge towards an effective control of the size and morphology. Among the different preparation routes, the seed mediated method is most commonly used, especially in the presence of cetyltrimethylammonium bromide (CTABr) as a growth-driving agent. To our knowledge, few works have reported in the literature this system in presence of other growth driving agents. In this context, we have developed a novel family of growth driving agents, N,N-dimethyl-N-cetyl-N-hydroxyalkylammonium salts (HAAX), producing gold nanorods with high yields and selectivities in water. These surfactants have good solubility in water and are easily synthesized in good yields in presence of different structural parameters that can be modulated such as: i) the length of the lipophilic chain (C12 , C16 , C18), ii ) the nature of the counter ions by metathesis (X= F-, Cl-, Br-, I-, HCO3- e BF4-), and an original way, iii) hydroxylated polar head. The gold nanoparticles obtained by the seed mediated method were characterized by UV -vis spectroscopy and transmission electron microscopy, showing the influence of the surfactant on the morphology and on the size (aspect ratio) of the gold nanoparticles. Thus, the modulation of this family of ammonium salts allows the access to different shapes and sizes of gold nanoparticles according to the desired application. The growth process control generated by the polar head groups allows the modulation of the structural parameters of gold nanorods and opens interesting perspectives in terms of applications.

Les nanobatônnets d'or (AuNRs) suscitent um intérêt considérable en raison de leurs propriétés optiques particulières, fortement dépendantes de leur rapport d’aspect (longueur/épaisseur), et donc de leurs applications potentielles em optique et en médecine. Dans ce contexte, le développement de nouvelles stratégies pour la synthèse de nanobatônnets avec des rendements et des sélectivités élevés reste un challenge avec un objectif de contrôle efficace de la taille et de la morphologie. Parmi lês différentes voies de préparation, la méthodologie par ensemencement est la plus utilisée, notamment en présence de bromure de cétyltriméthylammonium (CTABr), comme agent de croissance. A notre connaissance, peu de travaux ont été reportés dans la littérature en présence d’autres agents de croissance. Dans ce contexte, nous avons développé une famille originale d’agents de croissance, les sels de N,N-diméthyl-N-cétyl-Nhydroxyalkylammonium (HAAX), produisant des nanobatônnets d’or avec des rendements et des sélectivités elevés dans l’eau. Ces tensioactifs présentant une bonne solubilité dans l'eau sont facilement synthétisés avec de bons rendements, et différents paramètres structuraux peuvent être modules tels que: i) la longueur de la chaîne lipophile (C12, C16, C18), ii) la nature des contre-ions par métathèse anionique (X= F-, Cl-, Br-, I-, HCO3- et BF4-), et plus particulièrement; iii) la tête polaire hydroxylée. Les nanoparticules d’or obtenues par la méthode d’ensemencement ont été caractérisées par spectroscopie Uvvis et par Microscopie Electronique à Transmission, montrant l’influence du tensioactif sur la morphologie et la taille (dimension, rapport d’aspect) des nanoparticules d’or. Ainsi, cette famille de sels d’ammonium, de par sa modularité, permet d’accéder à différentes formes et tailles de nanoparticules d’or suivant l’application souhaitée et ouvre ainsi des perspectives intéressantes en termes d’applications.