journal article·2022Open access

Analytical separation techniques: toward achieving atomic precision in nanomaterials science

Krishnadas Kumaranchira Ramankutty, Thomas Buergi

Nanoscale· Volume 14· Issue 44

Abstract

' envisioned by Richard Feynman, synthesis and separation of nanoscale matter with atomic precision are essential. It is therefore not surprising that analytical separation techniques have contributed tremendously toward understanding the size- as well as shape-dependent properties of nanomaterials. Fascinating properties of nanomaterials would not have been explored without the use of these techniques. Here we discuss the pivotal role of analytical separation techniques in the progress of nanomaterials science. We begin with a brief overview of some of the key analytical separation techniques that are of tremendous importance in nanomaterials research. Then we describe how each of these techniques has contributed to the advancements in nanomaterials science taking some of the nanosystems as examples. We discuss the limitations and challenges of these techniques and future perspectives.
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Research context

OpenAlex topics: Nanocluster Synthesis and Applications · Gold and Silver Nanoparticles Synthesis and Applications · Advanced biosensing and bioanalysis techniques

SciVX discovery tags are terminology-based. OpenAlex topics are source-provided classifications.

Affiliations

Department of Physical Chemistry, University of Geneva, 1211 Geneva 4, Switzerland

Funding

Université de Genève · Schweizerischer Nationalfonds zur Förderung der Wissenschaftlichen Forschung

References (100+)

Show source-provided references
1. Faraday · Phil. Trans. R. Soc. · 1857 · 147 · 14510.1098/rstl.1857.0011 ↗
2. Chakraborty · NPG Asia Mater. · 2019 · 11 · 4810.1038/s41427-019-0149-3 ↗
3. Wegscheider · Phys. Rev. Lett. · 1997 · 79 · 191710.1103/PhysRevLett.79.1917 ↗
4. Shi · Phys. Rev. Lett. · 2019 · 122 · 02610110.1103/PhysRevLett.122.026101 ↗
5. Beecher · J. Am. Chem. Soc. · 2014 · 136 · 1064510.1021/ja503590h ↗
6. Mohammed · J. Phys. Chem. Lett. · 2019 · 10 · 588610.1021/acs.jpclett.9b00175 ↗
7. Almutlaq · J. Phys. Chem. Lett. · 2018 · 9 · 413110.1021/acs.jpclett.8b00532 ↗
8. Yin · Sci. Adv. · 2017 · 3 · e170179310.1126/sciadv.1701793 ↗
9. Zhang · Energy Environ. Sci. · 2012 · 5 · 886910.1039/c2ee22982j ↗
10. R.Stringer , Electrophoresis: An Overview , in Encyclopaedia of Analytical Science , ed. R. Stringer , P. Worsfold , A. Townshend and C. Poole , Elsevier , Oxford , 2nd edn, 2005 , pp. 356–36310.1016/B0-12-369397-7/00120-5 ↗
11. Vesterberg · J. Chromatography · 1989 · 480 · 310.1016/S0021-9673(01)84276-X ↗
12. A.Fekete and P.Schmitt-Kopplin , Capillary electrophoresis , in Food Toxicants Analysis , ed. Y. Picó , Elsevier , Amsterdam , 2007 , ch. 15, pp. 561–59710.1016/B978-044452843-8/50016-X ↗
13. C.Fanali , G.D'Orazio and S.Fanali , Capillary electrophoresis-mass spectrometry: History, general principles, theoretical aspects, and state-of-the-art applications , in Hyphenations of Capillary Chromatography with Mass Spectrometry , ed. P. Q. Tranchida and L. Mondello , Elsevier , 2020 , ch. 4, pp. 413–44710.1016/B978-0-12-809638-3.00011-9 ↗
14. Surugau · J. Sep. Sci. · 2009 · 32 · 188910.1002/jssc.200900071 ↗
15. Lathe · Biochem. J. · 1955 · 60 · xxxiv
16. Lathe · Biochem. J. · 1956 · 62 · 66510.1042/bj0620665 ↗
17. Dolamic · Nat. Commun. · 2012 · 3 · 79810.1038/ncomms1802 ↗
18. Black · Anal. Chem. · 2018 · 90 · 201010.1021/acs.analchem.7b04104 ↗
19. Williams · Chem. Rev. · 1958 · 58 · 71510.1021/cr50022a005 ↗
20. Li · Anal. Chem. · 2016 · 88 · 849510.1021/acs.analchem.6b01092 ↗
21. Robertson · Sci. Rep. · 2016 · 6 · 2749410.1038/srep27494 ↗
22. Asakura · J. Chem. Phys. · 1954 · 22 · 125510.1063/1.1740347 ↗
23. Mason · Phys. Rev. E: Stat., Nonlinear, Soft Matter Phys. · 2002 · 66 · 410.1103/PhysRevE.66.060402 ↗
24. Adams · Nature · 1998 · 393 · 34910.1038/30700 ↗
25. Park · Nano Lett. · 2010 · 10 · 143310.1021/nl100345u ↗
26. Gravelsins · RSC Adv. · 2017 · 7 · 5583010.1039/C7RA11177K ↗
27. Wu · Environ. Tech. Rev. · 2013 · 2 · 5510.1080/09593330.2013.788073 ↗
28. Spina · Biointerphases · 2017 · 12 · 03100310.1116/1.4994286 ↗
29. Cao · Nat. Commun. · 2020 · 11 · 549810.1038/s41467-020-19327-2 ↗
30. Huang · Chem. Eng. J. · 2020 · 383 · 12317610.1016/j.cej.2019.123176 ↗
31. H. J. M.Cramer and G. M. V.Rosmalen , Encyclopedia of Separation Science , 2000 , pp. 64–8410.1016/B0-12-226770-2/00031-4 ↗
32. Baginzky · ACS Nano · 2021 · 15 · 491610.1021/acsnano.0c09746 ↗
33. Nykypanchuk · Nature · 2008 · 451 · 54910.1038/nature06560 ↗
34. Bertoloti · Nat. Mater. · 2016 · 15 · 98710.1038/nmat4661 ↗
35. Zheng · Chem. Soc. · 2005 · 127 · 1196310.1021/ja053588o ↗
36. Grzelczak · ACS Nano · 2010 · 4 · 359110.1021/nn100869j ↗
37. Kanu · J. Mass Spectrom. · 2008 · 43 · 110.1002/jms.1383 ↗
38. McDaniel · Rev. Sci. Instrum. · 1962 · 33 · 210.1063/1.1717656 ↗
39. Cumeras · Analyst · 2015 · 140 · 137610.1039/C4AN01100G ↗
40. Cumeras · Analyst · 2015 · 140 · 139110.1039/C4AN01101E ↗
41. Yuan · J. Phys. Chem. Lett. · 2013 · 4 · 181110.1021/jz400807u ↗
42. Liu · Nat. Commun. · 2011 · 2 · 30910.1038/ncomms1313 ↗
43. Ghosh · Nat. Nanotechnol. · 2010 · 5 · 44310.1038/nnano.2010.68 ↗
44. Krupke · Science · 2003 · 301 · 34410.1126/science.1086534 ↗
45. Wei · Carbon · 2018 · 132 · 110.1016/j.carbon.2018.02.039 ↗
46. Magg · J. Phys. Chem. Lett. · 2016 · 7 · 22110.1021/acs.jpclett.5b02612 ↗
47. Hanauer · Nano Lett. · 2007 · 7 · 288110.1021/nl071615y ↗
48. Sharma · Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. · 2009 · 106 · 498110.1073/pnas.0800599106 ↗
49. Pitkänen · TrAC, Trends Anal. Chem. · 2016 · 80 · 31110.1016/j.trac.2015.06.013 ↗
50. Liu · J. Chromatogr. A · 2005 · 1062 · 13910.1016/j.chroma.2004.11.010 ↗
51. Xu · J. Chromatogr. A · 2007 · 1167 · 3510.1016/j.chroma.2007.07.056 ↗
52. Schaff · J. Phys. Chem. B · 2000 · 104 · 263010.1021/jp993691y ↗
53. Arnaud · Chem. Commun. · 2005 · 78710.1039/b413719a ↗
54. Parak · Nano Lett. · 2003 · 3 · 3310.1021/nl025888z ↗
55. Kimura · J. Phys. Chem. C · 2009 · 113 · 1407610.1021/jp808967p ↗
56. Kluz · PLoS One · 2019 · 14 · e021897510.1371/journal.pone.0218975 ↗
57. Fischer · Ber. Bunsen-Ges. Phys. Chem. · 1989 · 93 · 6110.1002/bbpc.19890930112 ↗
58. Wei · Anal. Chem. · 1999 · 71 · 208510.1021/ac990044u ↗
59. Wei · J. Chromatogr. A · 1999 · 836 · 25310.1016/S0021-9673(99)00069-2 ↗
60. Knoppe · Anal. Chem. · 2011 · 83 · 505610.1021/ac200789v ↗
61. Dolamic · Nat. Commun. · 2012 · 3 · 79810.1038/ncomms1802 ↗
62. Huang · Coord. Chem. Rev. · 2022 · 470 · 21472910.1016/j.ccr.2022.214729 ↗
63. Jadzinsky · Science · 2007 · 318 · 43010.1126/science.1148624 ↗
64. Dolamic · Nat. Commun. · 2015 · 6 · 711710.1038/ncomms8117 ↗
65. Yoshida · Chem. Sci. · 2020 · 11 · 239410.1039/C9SC05299B ↗
66. Knoppe · Angew. Chem. Int. Ed. · 2012 · 51 · 758910.1002/anie.201202369 ↗
67. Black · Ind. Eng. Chem. Res. · 2018 · 57 · 537810.1021/acs.iecr.8b00480 ↗
68. Knoppe · J. Am. Chem. Soc. · 2014 · 136 · 412910.1021/ja500809p ↗
69. Ghosh · Anal. Chem. · 2014 · 86 · 1218510.1021/ac503165t ↗
70. Mathew · Nanoscale · 2015 · 7 · 1430510.1039/C5NR03457D ↗
71. Bhat · J. Phys. Chem. Lett. · 2017 · 8 · 278710.1021/acs.jpclett.7b01052 ↗
72. Yan · Sci. Rep. · 2016 · 6 · 2457710.1038/srep24577 ↗
73. Sels · Nanoscale · 2016 · 1113010.1039/C6NR00931J ↗
74. Negishi · Nanoscale · 2020 · 12 · 801710.1039/D0NR00824A ↗
75. Ohshimo · Mass Spectrom. · 2014 · 3 · S004310.5702/massspectrometry.S0043 ↗
76. Moriyama · J. Phys. Chem. A · 2017 · 121 · 560510.1021/acs.jpca.7b02431 ↗
77. Angel · ACS Nano · 2010 · 4 · 469110.1021/nn1012447 ↗
78. Baksi · J. Phys. Chem. C · 2017 · 121 · 1342110.1021/acs.jpcc.7b04559 ↗
79. Kalenius · J. Am. Chem. Soc. · 2021 · 143 · 127310.1021/jacs.0c11509 ↗
80. Malola · J. Am. Chem. Soc. · 2019 · 141 · 600610.1021/jacs.9b01204 ↗
81. Fujii · Nanoscale · 2020 · 12 · 926610.1039/D0NR02764B ↗
82. Song · Electrophoresis · 2006 · 27 · 134110.1002/elps.200500428 ↗
83. Alamo-Nole · Anal. Methods · 2012 · 4 · 312710.1039/c2ay25629k ↗
84. Linkov · Chem. Mater. · 2020 · 32 · 907810.1021/acs.chemmater.0c03195 ↗
85. Beecher · J. Am. Chem. Soc. · 2016 · 138 · 1675410.1021/jacs.6b10705 ↗
86. Manju · Dalton Trans. · 2019 · 48 · 866410.1039/C9DT01533G ↗
87. Manju · J. Mater. Chem. C · 2018 · 6 · 575410.1039/C7TC05858F ↗
88. Seth · J. Phys. Chem. Lett. · 2018 · 9 · 17610.1021/acs.jpclett.7b02931 ↗
89. Umemoto · CrystEngComm · 2018 · 20 · 705310.1039/C8CE01239C ↗
90. Sreeprasad · Sci. Rep. · 2015 · 5 · 913810.1038/srep09138 ↗
91. Kim · ACS Nano · 2012 · 6 · 820310.1021/nn302878r ↗
92. Wu · RSC Adv. · 2019 · 9 · 1889810.1039/C9RA03623G ↗
93. Lee · Chem. Commun. · 2013 · 49 · 999510.1039/c3cc45588b ↗
94. Xue · Nanoscale · 2013 · 1209810.1039/c3nr03623e ↗
95. Mohanty · Nat. Commun. · 2012 · 3 · 84410.1038/ncomms1834 ↗
96. Hu · J. Nanomater. · 2017 · 1804178
97. Rosso · ACS Catal. · 2020 · 10 · 809010.1021/acscatal.0c01989 ↗
98. Rigodanza · Nat. Commun. · 2021 · 12 · 264010.1038/s41467-021-22902-w ↗
99. Dordevic · Nat. Commun. · 2018 · 9 · 344210.1038/s41467-018-05561-2 ↗
100. T. A.Meyer , Purification Techniques for Three-Dimensional DNA nanostructures , in 3D DNA Nanostructure: Methods and Protocols, Methods in Molecular Biology , ed. Y. Ke and P. Wang , 2017 , ch. 8, vol. 150010.1007/978-1-4939-6454-3_8 ↗