Abstract
In this review, we focus on some of the most successful approaches to date for organizing nanoparticles into macroscopic aggregates and functional materials. The preparation and resulting properties of two- and three-dimensional arrays of nanoparticles are detailed, and some potential uses for these materials are discussed. Although many types of nanoparticles can be organized into such structures, this review focuses specifically on Au and CdE (E=S, Se) nanoparticles. Gold nanoparticles are easily prepared, highly stable, well-studied, and excellent models for other metal colloids. CdE colloids are the most extensively studied semiconductor nanoparticles and hold much promise in the optoelectronics field.
Similar content being viewed by others
REFERENCES
H. Weller (1996). Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 35, 1079.
D. Bethell, M. Brust, D. J. Schiffrin, and C. Kiely (1996). J. Electroanal. Chem. 409, 137.
A. P. Alivisatos (1996). Science 271, 933.
J. R. Heath (1995). Science 270, 1315.
J. H. Fendler and F. C. Meldrum (1995). Adv Mater. 7, 607.
D. Bethell and D. J. Schiffrin (1996). Nature 382, 581.
Y. Wang and N. Herron (1991). J. Phys. Chem. 95, 525.
M. A. Hayat (ed.), Colloidal Gold: Principles, Methods, and Applications (Academic Press, San Diego, 1991).
A. P. Alivisatos (1996). J. Phys. Chem. 100, 13226.
H. Weller (1993). Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 32, 41.
G. Schmid (ed.), Clusters and Colloids (VCH, Weinheim, 1994).
M. L. Steigerwald and L. E. Brus (1990). Acc. Chem. Res. 23, 183.
R. G. Freeman, K. C. Grabar, K. J. Allison, R. M. Bright, J. A. Davis, A. P. Guthrie, M. B. Hommer, M. A. Jackson, P. C. Smith, D. G. Walter, and M. J. Natan (1995). Science 267, 1629.
V. L. Colvin, M. C. Schlamp, and A. P. Alivisatos (1994). Nature 370, 354.
U. Simon, G. Schön, and G. Schmid (1993). Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 32, 250.
C. A. Mirkin, R. L. Letsinger, R. C. Mucic, and J. J. Storhoff (1996). Nature 382, 607.
R. G. Freeman, M. B. Hommer, K. C. Grabar, M. A. Jackson, and M. J. Natan (1996). J. Phys. Chem. 100, 718.
J. A. Creighton, C. G. Blatchford, and M. G. Albrecht (1979). J. Chem. Soc. Faraday II 75, 790.
E. Amouyal and P. Koffi (1985). J. Photochem. Photobiol. A: Chem. 29, 227.
H. Gerischer and A. Heller (1992). J. Electrochem. Soc. 139, 113.
M. Brust, M. Walker, D. Bethell, D. J. Schiffrin, and R. Whyman (1994). J. Chem. Soc., Chem. Comm. 801.
B. V. Enüstün and J. Turkevich (1963). J. Am. Chem. Soc. 85, 3317.
C. S. Weisbecker, M. V. Merritt, and G. M. Whitesides (1996). Langmuir 12, 3763.
K. C. Grabar, R. G. Freeman, M. B. Hommer, and M. J. Natan (1995). Anal. Chem. 67, 735.
G. Frens (1973). Nature Phys. Sci. 241, 20.
C. B. Murray, D. J. Norris, and M. G. Bawendi (1993). J. Am. Chem. Soc. 115, 8706.
C. J. Murphy (1996). J. Cluster Sci. 7, 341.
A. J. Nozik, F. Williams, M. T. Nenadović, T. Rajh, and O. I. Mićić (1985). J. Phys. Chem. 89, 397.
M. L. Steigerwald, A. P. Alivisatos, J. M. Gibson, T. D. Harris, R. Kortan, A. J. Muller, A. M. Thayer, T. M. Duncan, D. C. Douglass, and L. E. Brus (1988). J. Am. Chem. Soc. 110, 3046.
L. Spanhel, M. Haase, H. Weller, and A. Henglein (1987). J. Am. Chem. Soc. 109, 5649.
S. Underwood and P. Mulvaney (1994). Langmuir 10, 3427.
M. Faraday (1857). M. Phil. Trans. R. Soc. Lond. 147, 145.
J. Turkevich, P. C. Stevenson, and J. Hillier (1951 ). J. Am. Chem. Soc. 73, 55.
M. Brust, J. Fink, D. Bethell, D. J. Schiffrin, and C. Kiely (1995). J. Chem. Soc., Chem. Comm. 1655.
P. Mulvaney and M. Giersig (1996). J. Chem. Soc., Faraday Trans. 92, 3137.
J. Kucyznski and J. K. Thomas (1982). Chem. Phys. Lett. 88, 445.
R. Rossetti, J. L. Ellison, J. M. Gibson, and L. E. Brus (1984). J. Chem. Phys. 80, 4464.
C. B. Murray, C. R. Kagan, and M. G. Bawendi (1995). Science 270, 1335.
G. Bar, S. Rubin, R. W. Cutts, T. N. Taylor, and T. A. Zawodzinski (1996). Langmuir 12, 1172.
J. Zhu, F. Xu, S. J. Schofer, and C. A. Mirkin (1997). J. Am. Chem. Soc. 119, 235.
G. Chumanov, K. Sokolov, B. W. Gregory, and T. M. Cotton (1995). J. Phys. Chem. 99, 9466.
A. J. Bard (1982). J. Phys. Chem. 86, 172.
D. Duonghong, J. Ramsden, and M. Grätzel (1982). J. Am. Chem. Soc. 104, 2977.
M. A. Fox, B. Lindig, and C.-C. Chen (1982). J. Am. Chem. Soc. 104, 5828.
R. Rossetti, S. M. Beck, and L. E. Brus (1982). J. Am. Chem. Soc. 104, 7322.
J. R. Darwenta and G. Porter (1981). J. Chem. Soc., Chem. Commun. 145.
C. R. Kagan, C. B. Murray, M. Nirmal, and M. G. Bawendi (1996). Phys. Rev. Lett. 76, 1517.
R. L. Whetten, J. T. Khoury, M. M. Alvarez, S. Murthy, I. Vezmar, Z. L. Wang, P. W. Stephens, C. L. Cleveland. W. D. Luedtke, and U. Landman (1996). Adv. Mater. 8, 428.
P. C. Ohara, D. V. Leff, J. R. Heath, and W. M. Gelbart (1995). Phys. Rev. Lett. 75, 3466.
S. A. Harfenist, Z. L. Wang, M. M. Alvarez, I. Vezmar, and R. L. Whetten (1996). J. Phys. Chem. 100, 13904.
C. D. Bain and G. M. Whitesides (1989). Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 28, 506.
L. H. Dubois and R. G. Nuzzo (1992). Annu. Rev. Phys. Chem. 43, 437.
A. Ulman. An Introduction to Ultrathin Organic Films: From Langmuir-Blodgett to Self-assembly (Academic Press, Boston. 1991).
L. H. Dubois, B. R. Zegarski, and R. G. Nuzzo (1993). J. Chem. Phys. 98, 678.
P. V. Braun, P. Osenar, and S. I. Stupp (1996). Nature 380, 325.
M. Antonietti, E. Wenz, L. Bronstein, and M. Seregina (1995). Adv. Mater. 7, 1000.
A. Roescher and M. Möller (1995). Adv. Mater. 7, 151.
J. P. Spatz, A. Roescher, and M. Möller (1996). Adv. Mater. 8, 337.
N. Herron, J. C. Calabrese, W. E. Farneth, and Y. Wang (1993). Science 259, 1426.
T. Vossmeyer, G. Reck, B. Schulz, L. Katsikas, and H. Weller (1995). J. Am. Chem. Soc. 117, 12881.
T. Vossmeyer, G. Reck, L. Katsikas, E. T. K. Haupt, B. Schulz, and H. Weller (1995). Science 267, 1476.
G. S. H. Lee, D. C. Craig, I. Ma, M. L. Scudder, T. D. Bailey, and I. G. Dance (1988). J. Am. Chem. Soc. 110, 4863.
R. P. Andres, S. Datta, M. Dorogi, J. Gomez, J. I. Henderson, D. B. Janes, V. R. Kolagunta, C. P. Kubiak, W. Mahoney, R. F. Osifchin, R. Reifenberger, M. P. Samanta, and W. Tian (1996). J. Vac. Sci. Technol. A 14, 1178.
M. Brust, D. Bethell, D. J. Schiffrin, and C. Kiely (1995). Adv. Mater. 7, 795.
C. A. Neugebauer and M. B. Webb (1962). J. Appl. Phys. 33, 74.
J. E. Morris and T. J. Coutts (1977). Thin Solid Films 47, 3.
B. Barwinski (1985). Thin Solid Films 128, 1.
F. Eckstein (ed.), Oligonucleotides and Analogues, 1st Ed. (Oxford University Press, New York, 1991).
A. P. Alivisatos, K. P. Johnsson, X. Peng, T. E. Wilson, C. J. Loweth, M. P. Bruchez, Jr., and P. G. Schultz (1996). Nature 382, 609.
S. R. Bigham and J. L. Coffer (1995). Coll. Surf. A: Physicodhem. Eng. Aspects 95, 211.
S. R. Bigham and J. L. Coffer (1992). J. Phys. Chem. 96, 10581.
J. L. Coffer, S. R. Bigham, R. F. Pinizzotto, and H. Yang (1992). Nanotechnology 3, 69.
R. Mahtab, J. P. Rogers, C. P. Singleton, and C. J. Murphy (1996). J. Am. Chem. Soc. 118, 7028.
R. Mahtab, J. P. Rogers, and C. J. Murphy (1995). J. Am. Chem. Soc. 117, 9099.
N. C. Seeman, J. Chen, S. M. Du, J. E. Mueller, Y. Zhang, T.-J. Fu, Y. Wang, H. Wang, and S. Zhang (1993). New J. Chem. 17, 739.
S. M. Du, B. Stollar, and N. C. Seeman (1995). J. Am. Chem. Soc. 117, 1194.
M. Giersig and P. Mulvaney (1993). J. Phys. Chem. 97, 6334.
M. Giersig and P. Mulvaney (1993). Langmuir 9, 3408.
V. L. Colvin, A. N. Goldstein, and A. P. Alivisatos (1992). J. Am. Chem. Soc. 114, 5221.
D. L. Allara and R. G. Nuzzo (1985). Langmuir 1, 45.
D. L. Allara and R. G. Nuzzo (1985). Langmuir 1, 52.
M. Brust, R. Etchenique, E. J. Calvo, and G. J. Gordillo (1996). J. Chem. Soc., Chem. Commun., 1949.
K. C. Grabar, P. C. Smith, M. D. Musick, J. A. Davis, D. G. Walter, M. A. Jackson, A. P. Guthrie, and M. J. Natan (1996). J. Am. Chem. Soc. 118, 1148.
D. D. Popenoe, R. S. Deinhammer, and M. D. Porter (1992). Langmuir 8, 2521.
L. Feingold and J. T. Donnell (1979). Nature 278, 443.
S. Rubin, G. Bar, T. N. Taylor, R. W. Cutts, and T. A. Zawodzinski, Jr. (1996). J. Vac. Sci. Technol. A 14, 1870.
I. V. Aleksandrov, Y. S. Bobovich, V. G. Maslov, and A. N. Sidorov (1974). Opt. Spectrosc. 34, 467.
R. Kotz and E. Yeager (1980). J. Electroanal. Chem. 113, 113.
S. Peschel and G. Schmid (1995). Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 34, 1442.
K. C. Grabar, K. J. Allison, B. E. Baker, R. M. Bright, K. R. Brown, R. G. Freeman, A. P. Fox, C. D. Keating, M. D. Musick, and M. J. Natan (1996). Langmuir 12, 2353.
N. A. Kotov, I. Dékány, and J. H. Fendler (1995). J. Phys. Chem. 99, 13065.
K. C. Yi and J. H. Fendler (1990). Langmuir 6, 1519.
Y. Tian and J. H. Fendler (1996). Chem. Mater. 8, 969.
R. S. Urquhart, D. N. Furlong, T. Gengenbach, N. J. Geddes, and F. Grieser (1995). Langmuir 11, 1127.
J. H. Fendler (1996). Chem. Mater. 8, 1616.
R. G. Osifchin, W. J. Mahoney, J. D. Bielefeld, R. P. Andres, J. I. Henderson, and C. P. Kubiak (1995). Superlattices and Microstructures 18, 283.
R. P. Andres, J. D. Bielefeld, J. I. Henderson, D. B. Janes, V. R. Kolagunta, C. P. Kubiak, W. J. Mahoney, and R. G. Osifchin (1996). Science 273, 1690.
D. B. Janes, V. R. Kolagunta, R. G. Osifchin, J. D. Bielefeld, R. P. Andres, J. I. Henderson, and C. P. Kubiak (1995). Superlatt. Microstruct. 18, 275.
R. P. Andres, T. Bein, M. Dorogi, S. Feng, J. I. Henderson, C. P. Kubiak, W. Mahoney, R. G. Osifchin, and R. Reifenberger (1996). Science 272, 1323.
S. M. Sze (ed.), Physics of Semiconductor Devices (Wiley, New York, 1981).
A. Henglein (1988). Top. Curr. Chem. 143, 112.
R. Elghanian, J. J. Storhoff, R. C. Mucic, R. L. Letsinger, and C. A. Mirkin. Submitted as a report to Science.
Author information
Authors and Affiliations
Rights and permissions
About this article
Cite this article
Storhoff, J.J., Mucic, R.C. & Mirkin, C.A. Strategies for Organizing Nanoparticles into Aggregate Structures and Functional Materials. Journal of Cluster Science 8, 179–216 (1997). https://doi.org/10.1023/A:1022632007869
Issue Date:
DOI: https://doi.org/10.1023/A:1022632007869