Synthesis of silver nanoparticles via ablation in liquid for surface enhanced Raman spectroscopy

In last years the use of metal nanoparticles is becoming always more common specially in sectors as nanomedicine, catalysis, sensing and other. This type of structures are mainly used for their plasmonic behavior and properties as shape, dimension and composition, define their use for a specific application. One of the purpose of this thesis work was the synthesis and characterization of silver nanoparticles. This task was accomplished through the use of pulsed laser ablation in liquid (PLAL). Laser ablation is extremely versatile technique, since different type of materials can be used to produce variety of nanoparticles. By simply changing some of the parameters involved in the process, different features of nanostructure are obtained. Furthermore, the produced colloids are chemically clean and if compared to other synthesis techniques e.g. chemical methods. PLAL is extremely fast and in the future could be employed for mass production of nanoparticles. As the first step a wide study of the parameters involved during the process of synthesis was done. In this phase investigation of type of medium for ablation was mainly explored. Once the experimental parameters were optimized the following step was nanoparticle characterization. To analyze the synthesized nanoparticles (NPs), Raman spectroscopy and SEM measurements were performed. Once NPs with desired characteristics were produced, they were used to enhance Raman signals of carbon atom wires, characterized by sp hybridizations. Due to particular optical property of synthesized silver NPs, enhancement of Raman signal was possible, once NPs were put in contact with the target molecule. The target molecules are novel, but promising materials and their properties are not completely understood. The main strategy to study this carbon system is through the use of Raman spectroscopy, however they are characterized by having low Raman signal. By adding silver NPs previously synthesized, Raman signal can be noticeably increased, permitting in this way to improve the comprehension about this structures.

Negli ultimi anni l'uso delle nanoparticelle metalliche è stato sempre più frequente, specialmente nei campi come nanomedicina, catalisi, sensori e altri. Queste tipologie di strutture, sono principalmente usati per il loro comportamento plasmonico, le proprietà come forma, dimensioni e la composizione definiscono l'utilizzo in una specifica applicazione. Uno dei obiettivi di questo lavoro di tesi è stato sintetizzare e caratterizzare le nanoparticelle di argento. Questo scopo è stato raggiunto grazie ad ablazione laser pulsatile nei ambienti liquidi. Ablazione laser è una tecnica estremamente versatile, in quanto diversi tipi di materiali possono essere usati per produrre una varietà di nanoparticelle. Semplicemente cambiando alcuni parametri sperimentali, si ottengono nanostrutture con caratteristiche diverse. Inoltre colloidi prodotti tramite ablazione, se paragonati ad altri metodi di sintesi di nanoparticelle, come ad esempio sintesi chimica, sono caratterizzati dall'assenza di residui chimici nel prodotto finale. Ablazione tramite laser in liquido è una tecnica di sintesi estremamente veloce e in un futuro potrebbe essere usata al livello industriale per la produzione di nanoparticelle. Come primo passo un'ampio studio sui parametri presenti durante il processo di sintesi è stato fatto. Durante questa fase la tipologia della fase liquida per ablazione laser è stata approfondita. Una volta che i parametri del processo di sintesi sono stati ottimizzati, step successivo è stato la caratterizzazione dei sistemi prodotti. Per analizzare le nanoparticelle sintetizzate, spettroscopia Raman e microscopio a scansione ad elettroni sono stati utilizzati. Dopo l'ottenimento di nanoparticelle con le proprietà desiderate, queste sono state utilizzare con lo scopo di aumentare il segnale Raman di fili atomici di carbonio, caratterizzati dall'ibridazione sp. Grazie alle particolari proprietà ottiche dei sistemi prodotti è stato possibile aumentare il segnale Raman, una volta che le nanopartcielle sono state messe a contatto con le molecole target. Molecole d'interesse sono nuove, ma promettenti e per questo le loro proprietà devono essere studiate più in dettaglio. Uno dei modi più comuni per studiare questo tipo di sistemi è tramite la spettroscopia Raman, tuttavia sono caratterizzati da un basso segnale Raman. Aggiungendo le nanoparticelle d'argento prodotte precedentemente è possibile aumentare questo segnale, permettendo cosi di migliorare la conoscenza su queste strutture.