This study introduces a controlled potential method for the formation of Au nanoparticle thin films using a linker molecule. The interfacial electric field may have an influence on the linker molecule and Au nanoparticles. For 1,9-nonanedithiol (NDT) used as the linker molecule, experimental results demonstrate that adsorption process of NDT is associated with an electrochemical oxidation reaction. Induced potential affects molecular orientation, binding of headgroups and adsorption properties. For Au nanoparticles, the interfacial electric field governs the particle transport toward the linker molecule. Citrate stabilized Au nanoparticles have negative charge so the particle movement is accelerated by migration and the deposition rate decreases with increasing salt concentration in the presence of an applied field.
On a gold and ITO electrode, citrate stabilized Au nanoparticles and 1,9-nonanedithiol are used as elements and the effect of applied potential for the formation of Au nanoparticle thin film was characterized by cyclic voltammetry (CV), chronoamperometry (CA), scanning electron microscopy (SEM), scanning tunneling microscopy (STM) and UV-Vis spectroscopy. We examined Au nano-thin films via electrodeposition methods are formed much faster than other regular process and we can control the coverage of Au nanoparticles and linker molecule with potential variation.
나노미터 수준에서 독특한 시각적, 전기적 성질을 띠게 되는 금 나노입자는 촉매, nanoelectronics, optic devices 등에 유용히 쓰일 수 있어 나노기술분야 중 하나로 관심을 끌고 있다. 그러나 위와 같은 분야에 응용되기 위해서는 금 나노입자를 표면에 고정화 시키는 과정이 필요하다. 기존에는 Self Assembled Monolayer (SAM)이나 Langmuir-Blodgett 방법을 이용하여 고정화시켰으나 이번 연구에서는 빠른 시간내에 금 나노입자를 고정화 시키고 나아가 패턴화시킬 수 있는 가능성을 가진 방법의 하나로 전기화학 증착법을 이용한 금 나노입자 박박형성에 관해 알아보았다. 13 nm 정도의 금 나노입자와 이를 표면에 고정화 시킬 수 있는 연결 분자인 1,9-nonanedithiol (NDT)를 구성물질로 삼았다. 먼저 NDT의 경우 싸이올 그룹의 전기화학적 산화반응에 의해 금 표면으로의 흡착이 촉진됨들 알 수 있었다. 양의 퍼텐셜을 증가시킬수록 NDT가 1분동안 많이 붙었으며 이는 순환전류전압법, 대시간전류법, 주사터널링현미경을 통해 확인 할 수 있었다. 또한 같은 시간이지만 퍼텐셜에 의해 서로 다른 양의 NDT가 흡착되었기 때문에 각기 다른 덮임율을 가진 금 나노입자로 이루어진 박막이 형성된다는 것을 주사전자현미경을 통해 알 수 있었다. 금 나노입자의 단층과 silane화 된 ITO 전극의 금 나노입자 단층에 같은 실험을 적용시켜 본 결과 금 나노입자 위에서도 NDT가 전기화학적으로 증착되는 것을 확인 할 수 있었으며 이는 전기화학 증착법을 이용하여 단층뿐만 아니라 다층의 금 나노입자로 이루어진 박막을 형성할 수 있다는 것을 보여주었다. 연결 분자인 NDT외에 금 나노입자도 전기적 증착법을 이용해 표면에 고정화 시킬 수 있었다. 전극에 일정한 양의 퍼텐셜을 걸어주었을 경우 금 나노 입자는 음의 charge를 띄고 있는 citrate로 둘러쌓여있으므로 migration에 의해 빠른 시간에 표면으로 이동할 수있으며 표면에 있는 NDT에 의해 고정화 될 수 있다.
전기화학 증착법을 이용하여 연결분자인 NDT와 금 나노입자 모두 표면에 고정 시킬 수 있었으며 SAM 방법과 비교해 볼 때 짧은 시간 동안 빠르게 박막을 형성 시킬 수 있었다. 또한 박막을 형성함에 있어 퍼텐셜을 도입함으로써 시간적 문제 외에 덮임율도 조절할 수 있었으며 더 나아가 전기적으로 컨트럴함으로써 박막형성을 패턴화 시킬 수 있는 가능성도 제공하고 있다.
