Structural study of citrate layers on gold nanoparticles: Role of intermolecular interactions in stabilizing nanoparticles

Journal of the American Chemical Society

Volumn 136, Issue 5, 2014, Pages 1907-1921

  Park, Jong Won ^a   Shumaker Parry, Jennifer S ^a  

^a UNIVERSITY OF UTAH   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

ADSORPTION CHARACTERISTIC; ADSORPTION GEOMETRIES; CARBOXYLIC ACID GROUPS; INTERMOLECULAR INTERACTIONS; NANOPARTICLE FORMATION; SELF-ASSEMBLED LAYERS; STRUCTURAL STUDIES; STRUCTURAL TRANSITIONS;

ADSORPTION; AMINO ACIDS; CARBOXYLATION; GOLD; HYDROGEN BONDS; METAL NANOPARTICLES; PHOTOELECTRONS; SCANNING TUNNELING MICROSCOPY; TRANSMISSION ELECTRON MICROSCOPY; X RAY PHOTOELECTRON SPECTROSCOPY;

IONS;

ADLAYER; AMINO ACID; ANION; CARBOXYLIC ACID DERIVATIVE; CITRIC ACID; GOLD NANOPARTICLE; HYDROGEN; PROTON;

ADSORPTION KINETICS; ARTICLE; BILAYER MEMBRANE; CHEMICAL INTERACTION; CHEMICAL STRUCTURE; CHIRALITY; CONTROLLED STUDY; CRYSTAL STRUCTURE; DIFFUSION; ENTHALPY; GEOMETRY; HYDROGEN BOND; INFRARED SPECTROSCOPY; MOLECULAR STABILITY; ORGANIC CHEMISTRY; PARTICLE SIZE; PH; PHASE TRANSITION; SCANNING TUNNELING MICROSCOPY; SURFACE PROPERTY; TRANSMISSION ELECTRON MICROSCOPY; X RAY PHOTOELECTRON SPECTROSCOPY;

EID: 84893720937     PISSN: 00027863     EISSN: 15205126     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/ja4097384     Document Type: Article

References (138)

1. Turkevich, J.; Stevenson, P. C.; Hillier, J. Discuss. Faraday Soc. 1951, 55-75
2. Frens, G. Nature Phys. Sci. 1973, 241, 20-22
3. Sardar, R.; Heap, T. B.; Shumaker-Parry, J. S. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 5356-5357
4. Mirkin, C. A.; Letsinger, R. L.; Mucic, R. C.; Storhoff, J. J. Nature 1996, 382, 607-609
5. Xie, H.; Tkachenko, A. G.; Glomm, W. R.; Ryan, J. A.; Brennaman, M. K.; Papanikolas, J. M.; Franzen, S.; Feldheim, D. L. Anal. Chem. 2003, 75, 5797-5805
6. Brewer, S. H.; Glomm, W. R.; Johnson, M. C.; Knag, M. K.; Franzen, S. Langmuir 2005, 21, 9303-9307
7. Gearheart, L. A.; Ploehn, H. J.; Murphy, C. J. J. Phys. Chem. B 2001, 105, 12609-12615
8. Polte, J.; Ahner, T. T.; Delissen, F.; Sokolov, S.; Emmerling, F.; Thünemann, A. F.; Kraehnert, R. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 1296-1301
9. Zhou, X.; Xu, W.; Liu, G.; Panda, D.; Chen, P. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 138-146
10. Lin, S.-Y.; Tsai, Y.-T.; Chen, C.-C.; Lin, C.-M.; Chen, C.-H. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 2134-2139
11. Mahmoudi, M.; Azadmanesh, K.; Shokrgozar, M. A.; Journeay, W. S.; Laurent, S. Chem. Rev. 2011, 111, 3407-3432
12. Biggs, S.; Mulvaney, P.; Zukoski, C. F.; Grieser, F. J. Am. Chem. Soc. 1994, 116, 9150-9157
13. Chow, M. K.; Zukoski, C. F. J. Colloid Interface Sci. 1994, 165, 97-109
14. Heard, S. M.; Grieser, F.; Barraclough, C. G.; Sanders, J. V. J. Colloid Interface Sci. 1983, 93, 545-555
15. Kimling, J.; Maier, M.; Okenve, B.; Kotaidis, V.; Ballot, H.; Plech, A. J. Phys. Chem. B 2006, 110, 15700-15707
16. Mpourmpakis, G.; Vlachos, D. G. Phys. Rev. Lett. 2009, 102, 155505
17. Ojea-Jiménez, I.; Romero, F. M.; Bastús, N. G.; Puntes, V. J. Phys. Chem. C 2010, 114, 1800-1804
18. Uppal, M. A.; Kafizas, A.; Ewing, M. B.; Parkin, I. P. New J. Chem. 2010, 34, 2906-2914
19. Ji, X.; Song, X.; Li, J.; Bai, Y.; Yang, W.; Peng, X. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 13939-13948
20. Zhao, L.; Jiang, D.; Cai, Y.; Ji, X.; Xie, R.; Yang, W. Nanoscale 2012, 4, 5071-5076
21. Glusker, J. P. Acc. Chem. Res. 1980, 13, 345-352
22. Xia, X.; Xie, S.; Liu, M.; Peng, H.-C.; Lu, N.; Wang, J.; Kim, M. J.; Xia, Y. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2013, 110, 6669-6673
23. Lu, F.; Zhang, Y.; Zhang, L.; Zhang, Y.; Wang, J.; Adzic, R. R.; Stach, E. A.; Gang, O. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 18074-18077
24. Ye, X.; Gao, Y.; Chen, J.; Reifsnyder, D. C.; Zheng, C.; Murray, C. B. Nano Lett. 2013, 13, 2163-2171
25. Willey, T. M.; Vance, A. L.; Bostedt, C.; van Buuren, T.; Meulenberg, R. W.; Terminello, L. J.; Fadley, C. S. Langmuir 2004, 20, 4939-4944
26. Max, J.-J.; Chapados, C. J. Phys. Chem. A 2004, 108, 3324-3337
27. Nara, M.; Torii, H.; Tasumi, M. J. Phys. Chem. 1996, 100, 19812-19817
28. Munro, C. H.; Smith, W. E.; Garner, M.; Clarkson, J.; White, P. C. Langmuir 1995, 11, 3712-3720
29. SERS data on silver nanoparticles: Siiman, O.; Bumm, L. A.; Callaghan, R.; Blatchford, C. G.; Kerker, M. J. Phys. Chem. 1983, 87, 1014-1023
30. Ataka, K.-I.; Osawa, M. Langmuir 1998, 14, 951-959
31. Norén, K.; Loring, J. S.; Persson, P. J. Colloid Interface Sci. 2008, 319, 416-428
32. Barth, A.; Zscherp, C. Q. Rev. Biophys. 2002, 35, 369-430
33. Ohe, C.; Ando, H.; Sato, N.; Urai, Y.; Yamamoto, M.; Itoh, K. J. Phys. Chem. B 1999, 103, 435-444
34. Du, X.; Liang, Y. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 5666-5670
35. Cabaniss, S. E.; Leenheer, J. A.; McVey, I. F. Spectrochim. Acta, Part A 1998, 54, 449-458
36. Gerken, J. B.; Badger, C.; Bisbee, C.; Gardner, S.; Qi, Y.; Vilá, V. D.; Roberts, J. D. J. Phys. Org. Chem. 2008, 21, 193-197
37. Barnard, A. S.; Young, N. P.; Kirkland, A. I.; van Huis, M. A.; Xu, H. ACS Nano 2009, 3, 1431-1436
38. Rodes, A.; Pastor, E.; Iwasita, T. J. Electroanal. Chem. 1994, 376, 109-118
39. Delgado, J. M.; Berná, A.; Orts, J. M.; Rodes, A.; Feliu, J. M. J. Phys. Chem. C 2007, 111, 9943-9952
40. Matzapetakis, M.; Raptopoulou, C. P.; Tsohos, A.; Papaefthymiou, V.; Moon, N.; Salifoglou, A. J. Am. Chem. Soc. 1998, 120, 13266-13267
41. Dubois, L. H.; Zegarski, B. R.; Nuzzo, R. G. Langmuir 1986, 2, 412-417
42. Berná, A.; Delgado, J. M.; Orts, J. M.; Rodes, A.; Feliu, J. M. Electrochim. Acta 2008, 53, 2309-2321
43. Floate, S.; Hosseini, M.; Arshadi, M. R.; Ritson, D.; Young, K. L.; Nichols, R. J. J. Electroanal. Chem. 2003, 542, 67-74
44. Nichols, R. J.; Burgess, I.; Young, K. L.; Zamlynny, V.; Lipkowski, J. J. Electroanal. Chem. 2004, 563, 33-39
45. Delgado, J. M.; Blanco, R.; Orts, J. M.; Pérez, J. M.; Rodes, A. Electrochim. Acta 2010, 55, 2055-2064
46. Bieri, M.; Bürgi, T. Langmuir 2005, 21, 1354-1363
47. Huang, X.; Jiang, S.; Liu, M. J. Phys. Chem. B 2005, 109, 114-119
48. Peng, C. S.; Jones, K. C.; Tokmakoff, A. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 15650-15660
49. Deng, Y.-F.; Zhou, Z.-H. J. Coord. Chem. 2009, 62, 1484-1491
50. Dietrich, G.; Krückeberg, S.; Lützenkirchen, K.; Schweikhard, L.; Walther, C. J. Chem. Phys. 2000, 112, 752-760
51. Gong, J.; Flaherty, D. W.; Ojifinni, R. A.; White, J. M.; Mullins, C. B. J. Phys. Chem. C 2008, 112, 5501-5509
52. Liu, X.; Xu, B.; Haubrich, J.; Madix, R. J.; Friend, C. M. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 5757-5759
53. Diewok, J.; Ayora-Cañada, M. J.; Lendl, B. Anal. Chem. 2002, 74, 4944-4954
54. Lindegren, M.; Loring, J. S.; Persson, P. Langmuir 2009, 25, 10639-10647
55. Young, A. G.; Green, D. P.; McQuillan, A. J. Langmuir 2006, 22, 11106-11112
56. Camplin, J. P.; McCash, E. M. Surf. Sci. 1996, 360, 229-241
57. Jones, G. S.; Marrikakis, M.; Barteau, M. A.; Vohs, J. M. J. Am. Chem. Soc. 1998, 120, 3196-3204
58. Wu, G.; Stacchiola, D.; Kaltchev, M.; Tysoe, W. T. Surf. Sci. 2000, 463, 81-92
59. May, C. J.; Canavan, H. E.; Castner, D. G. Anal. Chem. 2004, 76, 1114-1122
60. Tielens, F.; Humbolt, V.; Pradier, C.-M.; Calatayud, M.; Illas, F. Langmuir 2009, 25, 9980-9985
61. Sastry, M.; Ganguly, P. J. Phys. Chem. A 1998, 102, 697-702
62. Dmitriev, A.; Spillmann, H.; Stepanow, S.; Strunskus, T.; Wöll, C.; Seitsonen, A. P.; Lingenfelder, M.; Lin, N.; Barth, J. V.; Kern, K. ChemPhysChem 2006, 7, 2197-2204
63. The O 1s binding energy is not as distinct as in the literature due to the presence of water and hydroxide ions in this study: Lin, N.; Payer, D.; Dmitriev, A.; Strunskus, T.; Wöll, C.; Barth, J. V.; Kern, K. Angew. Chem., Int. Ed. 2005, 44, 1488-1491
64. Petroski, J.; El-Sayed, M. A. J. Phys. Chem. A 2003, 107, 8371-8375
65. Linic, S.; Barteau, M. A. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 310-317
66. Baran, E. J. Spectrochim. Acta, Part A 2007, 66, 114-117
67. Jakubowicz, A.; Jia, H.; Wallace, R. M.; Gnade, B. E. Langmuir 2005, 21, 950-955
68. Wang, S.; Yao, H.; Sato, S.; Kimura, K. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 7438-7439
69. Park, J.-W.; Shumaker-Parry, J. S. To be submitted.
70. Kawaguchi, S.; Kitano, T.; Ito, K. Macromolecules 1991, 24, 6030-6036
71. Lee, H. M.; Kumar, A.; Kołaski, M.; Kim, D. Y.; Lee, E. C.; Min, S. K.; Park, M.; Choi, Y. C.; Kim, K. S. Phys. Chem. Chem. Phys. 2010, 12, 6278-6287
72. Cézard, C.; Rice, C. A.; Suhm, M. A. J. Phys. Chem. A 2006, 110, 9839-9848
73. Mizukami, M.; Moteki, M.; Kurihara, K. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 12889-12897
74. Imae, T.; Torii, H. J. Phys. Chem. B 2000, 104, 9218-9224
75. Häggman, L.; Lindblad, C.; Oskarsson, H.; Ullström, A.-S.; Persson, I. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 3631-3641
76. Martin, R. B. J. Phys. Chem. 1961, 65, 2053-2055
77. Li, Z.; Han, B.; Wan, L. J.; Wandlowski, Th. Langmuir 2005, 21, 6915-6928
78. Williams, J.; Haq, S.; Raval, R. Surf. Sci. 1996, 368, 303-309
79. Olson, A. L.; Cai, S.; Herdendorf, T. J.; Miziorko, H. M.; Sem, D. S. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 2102-2103
80. Zhang, Q.; Li, N.; Goebl, J.; Lu, Z.; Yin, Y. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 18931-18939
81. Pearce, K. N.; Creamer, L. K. Aust. J. Chem. 1975, 28, 2409-2415
82. Glusker, J. P.; van der Helm, D.; Love, W. E.; Dornberg, M. L.; Patterson, A. L. J. Am. Chem. Soc. 1960, 82, 2964-2965
83. Kunze, J.; Burgess, I.; Nichols, R.; Buess-Herman, C.; Lipkowski, J. J. Electroanal. Chem. 2007, 599, 147-159
84. Paik, W.-k.; Han, S.; Shin, W.; Kim, Y. Langmuir 2003, 19, 4211-4216
85. Lin, Y.; Pan, G.-B.; Su, G.-J.; Fang, X.-H.; Wan, L.-J.; Bai, C.-L. Langmuir 2003, 19, 10000-10003
86. Teobaldi, G.; Zerbetto, F. J. Phys. Chem. C 2007, 111, 13879-13885
87. Lahann, J.; Mitragotri, S.; Tran, T.-N.; Kaido, H.; Sundaram, J.; Choi, I. S.; Hoffer, S.; Somorjai, G. A.; Langer, R. Science 2003, 299, 371-374
88. Silva, A. M. N.; Kong, X.; Parkin, M. C.; Cammack, R.; Hider, R. C. Dalton Trans. 2009, 8616-8625
89. Kelley, A. T.; Ngunjiri, J. N.; Serem, W. K.; Lawrence, S. O.; Yu, J.-J.; Crowe, W. E.; Garno, J. C. Langmuir 2010, 26, 3040-3049
90. Lee, Z.; Jeon, K.-J.; Dato, A.; Erni, R.; Richardson, T. J.; Frenklach, M.; Radmilovic, V. Nano Lett. 2009, 9, 3365-3369
91. Wall, J. F.; Grieser, F.; Zukoski, C. F. J. Chem. Soc., Faraday Trans. 1997, 93, 4017-4020
92. Gao, Q.; Hemminger, J. C. Surf. Sci. 1991, 248, 45-56
93. Chen, F.; Li, X.; Hihath, J.; Huang, Z.; Tao, N. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 15874-15881
94. Rodrígez-González, B.; Mulvaney, P.; Liz-Marzán, L. M. Z. Phys. Chem. 2007, 221, 415-426
95. Wagener, P.; Schwenke, A.; Barcikowski, S. Langmuir 2012, 28, 6132-6140
96. Brust, M.; Bethell, D.; Schiffrin, D. J.; Kiely, C. J. Adv. Mater. 1995, 7, 795-797
97. Wallner, A.; Jafri, S. H. M.; Blom, T.; Gogoll, A.; Leifer, K.; Baumgartner, J.; Ottosson, H. Langmuir 2011, 27, 9057-9067
98. Jiang, L.; Wang, W.; Fuchs, H.; Chi, L. Small 2009, 5, 2819-2822
99. Giersig, M.; Mulvaney, P. Langmuir 1993, 9, 3408-3413
100. Li, J.-L.; Car, R.; Tang, C.; Wingreen, N. S. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2007, 104, 2626-2630
101. Feng, J.; Pandey, R. B.; Berry, R. J.; Farmer, B. L.; Naik, R. R.; Heinz, H. Soft Matter 2011, 7, 2113-2120
102. Heinz, H.; Farmer, B. L.; Pandey, R. B.; Slocik, J. M.; Patnaik, S. S.; Pachter, R.; Naik, R. R. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 9704-9714
103. Jewell, A. D.; Sykes, E. C. H.; Kyriakou, G. ACS Nano 2012, 6, 3545-3552
104. Noda, H.; Wan, L.-J.; Osawa, M. Phys. Chem. Chem. Phys. 2001, 3, 3336-3342
105. Smerieri, M.; Vattuone, L.; Costa, D.; Tielens, F.; Savio, L. Langmuir 2010, 26, 7208-7215
106. Parschau, M.; Romer, S.; Ernst, K.-H. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 15398-15399
107. Naitabdi, A.; Humblot, V. Appl. Phys. Lett. 2010, 97, 223112
108. Chocholoušová, J.; Vacek, J.; Hobza, P. J. Phys. Chem. A 2003, 107, 3086-3092
109. Ulman, A. Chem. Rev. 1996, 96, 1533-1554
110. Smerieri, M.; Vattuone, L.; Kravchuk, T.; Costa, D.; Savio, L. Langmuir 2011, 27, 2393-2404
111. Iwai, H.; Egawa, C. Langmuir 2010, 26, 2294-2300
112. Larson, I.; Chan, D. Y. C.; Drummond, C. J.; Grieser, F. Langmuir 1997, 13, 2429-2431
113. Groen, H.; Roberts, K. J. J. Phys. Chem. B 2001, 105, 10723-10730
114. Chen, J.; Brooks, C. L., III; Scheraga, H. A. J. Phys. Chem. B 2008, 112, 242-249
115. Nishi, N.; Nakabayashi, T.; Kosugi, K. J. Phys. Chem. A 1999, 103, 10851-10858
116. Nuzzo, R. G.; Bubois, L. H.; Allara, D. L. J. Am. Chem. Soc. 1990, 112, 558-569
117. Gutzler, R.; Sirtl, T.; Dienstmaier, J. F.; Mahata, K.; Heckl, W. H.; Schmittel, M.; Lackinger, M. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 5084-5090
118. Feyer, V.; Plekan, O.; Tsud, N.; Cháb, V.; Matolín, V.; Prince, K. C. Langmuir 2010, 26, 8606-8613
119. Lyubinetsky, I.; Deskins, N. A.; Du, Y.; Vestergaard, E. K.; Kim, D. J.; Dupuis, M. Phys. Chem. Chem. Phys. 2010, 12, 5986-5992
120. Mateo-Martí, E.; Rogrero, C.; Gonzalez, C.; Sobrado, J. M.; de Andrés, P. L.; Martin-Gago, J. A. Langmuir 2010, 26, 4113-4118
121. Singh-Miller, N. E.; Marzari, N. Phys. Rev. B 2009, 80, 235407
122. Wang, Z. L.; Mohamed, M. B.; El-Sayed, M. A. Surf. Sci. 1999, 440, L809-L814
123. Long, N. N.; Vu, L. V.; Kiem, C. D.; Doanh, S. C.; Nguyet, C. T.; Hang, P. T.; Thien, N. D.; Quynh, L. M. J. Phys. Conf. Ser. 2009, 187, 012026
124. Feyer, V.; Plekan, O.; Ptasińska, S.; Iakhnenko, M.; Tsud, N.; Prince, K. C. J. Phys. Chem. C 2012, 116, 22960-22966
125. Dretschkow, Th.; Dakkouri, A. S.; Wandlowski, Th. Langmuir 1997, 13, 2843-2856
126. Nelson, E. M.; Rothberg, L. J. Langmuir 2011, 27, 1770-1777
127. Weckesser, J.; Barth, J. V.; Kern, K. J. Chem. Phys. 1999, 110, 5351-5354
128. Saidi, W. A.; Feng, H.; Fichthorn, K. A. J. Phys. Chem. C 2013, 117, 1163-1171
129. Zhang, W.; Liu, Y.; Cao, R.; Li, Z.; Zhang, Y.; Tang, Y.; Fan, K. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 15581-15588
130. McKenna, K. P. Phys. Chem. Chem. Phys. 2009, 11, 4145-4151
131. Cortes-Huerto, R.; Goniakowski, J.; Noguera, C. J. Chem. Phys. 2013, 138, 244706
132. Jeong, G. H.; Kim, M.; Lee, Y. W.; Choi, W.; Oh, W. T.; Park, Q-H.; Han, S. W. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 1672-1673
133. Coppage, R.; Slocik, J. M.; Briggs, B. D.; Frenkel, A. I.; Heinz, H.; Naik, R. R.; Knecht, M. R. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 12346-12349
134. Sau, T. K.; Rogach, A. L. Adv. Mater. 2010, 22, 1781-1804 and references therein.
135. Grzelczak, M.; Pérez-Juste, J.; Mulvaney, P.; Liz-Marzán, L. M. Chem. Soc. Rev. 2008, 37, 1783-1791 and references therein.
136. Skołuda, P. J. Electroanal. Chem. 2000, 488, 154-157
137. Hoefling, M.; Iori, F.; Corni, S.; Gottschalk, K.-E. ChemPhysChem 2010, 11, 1763-1767
138. Langner, A.; Tait, S. L.; Lin, N.; Chandrasekar, R.; Ruben, M.; Kern, K. Angew. Chem., Int. Ed. 2008, 47, 8835-8838