Non-local and local field effects in the order of silver thiolate structures in solution

Abstract

We have studied the preparation of ordered silver structures in solution using wet scanning electron microscopy (SEM) measurements. Silver structures are prepared from the reaction between silver cations and an alkyl thiol with a carboxylic acid terminal group. In the presence of large amounts of water round droplets are observed in solutions of the alkyl thiol and silver. The formation of these droplets results from the low miscibility of the organic molecule in water and is observed only when silver is added to the solution. Vibrational spectroscopy measurements reveal the loss of the S-H stretch upon addition of the silver cation to the alkyl thiol solution. Interestingly, these silver thiolate round structures are only observed in solution. Two-dimensional structures emerge after drying-off the solution. In solution, the morphology of these droplets is markedly changed upon the addition of sodium nitrite to the solution: ordered silver spheres are formed. The addition of NaNO2 resulted in the formation of three dimensional microspheres that have different sizes and display an ordered pattern. Electrostatic interactions among the spheres are proposed to drive the observed long range order in solution, while magnetic interactions are proposed to play an important role in the short-range induced order. Computer simulations of the Lorentz field for point charges and clusters of point charges are consistent with this interpretation.

En este estudio reportamos la preparación de estructuras de plata ordenadas en solución utilizando el microscopio electrónico de rastreo (SEM*). Estas estructuras de plata fueron preparadas por la reacción entre los cationes de plata y un tiol alquilo conteniendo un ácido carboxílico como grupo terminal. Las gotas redondas fueron observadas cuando una gran cantidad de agua fue añadida a la solución de alquil tiol y plata. La formación de estas gotas resulta de la poca miscibilidad de las moléculas orgánicas con agua, y se observaron únicamente cuando la plata se añadió a la solución. Medidas de espectroscopia vibracional revelan la ausencia del estiramiento S-H cuando se le añadieron cationes de plata a la solución del tiol alquilo. Interesantemente, esas estructuras redondas sólo pueden ser observadas cuando se encuentran en solución. Cuando se evapora el disolvente, estructuras en dos dimensiones son observadas. En solución, la morfología de esas gotas cambia notablemente cuando se añade nitrito de sodio: micro esferas de plata ordenadas son observadas. El añadir NaNO2 resultó en la formación de micro esferas en tres dimensiones de diferentes tamaños y que exhiben un patrón ordenado. Se propone que las interacciones electroestáticas entre las esferas son responsables del orden observado a largo alcance mientras que se sugiere que las interacciones magnéticas tienen un papel importante en el orden observado a corto alcance. Simulaciones computarizadas basadas en la teoría de campo de Lorentz para cargas puntuales y aglomerados de cargas puntuales son consistentes con esta interpretación.