Автор AZoNano 23 апреля 2021

В них есть золото, чем наночастицы, и раньше было много серебра. Но большая часть серебра вымылась, и исследователи хотят знать, как это сделать.

Сплавы золота и серебра являются полезными катализаторами, которые разлагают загрязнители окружающей среды, способствуют производству пластмасс и химикатов, а также убивают бактерии на поверхностях, среди прочего. В форме наночастиц эти сплавы могут быть использованы в качестве оптических сенсоров или катализаторов реакций выделения водорода.

Но есть проблема: серебро не всегда остается на месте.

Новое исследование, проведенное учеными из Университета Райса и Университета Дуйсбург-Эссен, Германия, раскрывает двухступенчатый механизм рассеивания серебра, открытие, которое может помочь промышленности точно настроить сплавы наночастиц для конкретных целей.

Команда, возглавляемая химиками Райс Кристи Ландес и Стефаном Линком, а также аспирантом Александром Аль-Зубейди и химиком Дуйсбург-Эссен Стефаном Барчиковски, с помощью сложной микроскопии продемонстрировала, как золото может удерживать достаточно серебра для стабилизации наночастиц.

Их исследование опубликовано в журнале Американского химического общества ACS Nano.

Исследователи использовали гиперспектральный микроскоп темного поля для изучения наночастиц сплава золота и серебра, содержащих избыток серебра в кислотном растворе. Эта техника позволяла им запускать плазмоны, волны энергии, которые текут по поверхности частиц при включении. Эти плазмоны рассеивают свет, который меняется в зависимости от состава сплава.

«Зависимость плазмона от состава сплава позволила нам регистрировать кинетику выщелачивания ионами серебра в реальном времени», – сказал Аль-Зубейди, ведущий автор исследования.

Аль-Зубейди отметил, что пленки из сплава золота и серебра использовались десятилетиями, часто в качестве антибактериальных покрытий, поскольку ионы серебра токсичны для бактерий. «Я думаю, что механизм выделения серебра предполагался при исследованиях пленок из сплавов, но это никогда не было доказано количественно», – сказал он.

Первоначально ионы серебра быстро выщелачиваются из наночастиц, которые в результате буквально сжимаются. По мере продолжения процесса решетка золота в большинстве случаев высвобождает все серебро с течением времени, но около 25% частиц ведут себя иначе, и выщелачивание серебра является неполным.

Аль-Зубейди сказал, что то, что они наблюдали, предполагает, что с золотом можно манипулировать для стабилизации наночастиц сплава.

«Обычно в наших условиях выщелачивание серебра длится около двух часов», – сказал он . «Затем на втором этапе реакция больше не происходит на поверхности. Вместо этого, когда решетка золота перестраивается, ионы серебра должны диффундировать через эту богатую золотом решетку, чтобы достичь поверхности, где они могут быть окислены. Это замедляет процесс скорость реакции очень большая.

«В какой-то момент частицы пассивируются, и выщелачивание больше не может происходить», – сказал Аль-Зубейди. «Частицы становятся стабильными. До сих пор мы рассматривали только частицы с содержанием серебра 80–90% и обнаружили, что многие частицы перестают выщелачивать серебро, когда они достигают содержания серебра около 50%.

«Это может быть интересный состав для таких приложений, как катализ и электрокатализ», – сказал он . «Мы хотели бы найти золотую середину около 50%, где частицы стабильны, но при этом обладают многими своими серебристыми свойствами».

Понимание таких реакций может помочь исследователям создать библиотеку золото-серебряных катализаторов и электрокатализаторов для различных применений.

Линк сказал, что команда Райса приветствовала возможность работать с Барчиковски, лидером в области синтеза наночастиц с помощью лазерной абляции. «Это позволяет создавать наночастицы сплава с различным составом и без стабилизирующих лигандов», – сказал он .

«С нашей стороны, у нас была совершенная методика для параллельного изучения процесса выщелачивания ионов серебра из множества наночастиц одного сплава с помощью гиперспектральной визуализации», – добавил Ландес. «Только одночастичный подход смог разрешить внутри- и межчастичную геометрию».

«Эти усилия позволят разработать новый подход к созданию наноструктурированных катализаторов и новых материалов с уникальными электрохимическими, оптическими и электронными свойствами», – сказал Роберт Манц, руководитель программы по электрохимии в Исследовательском бюро армии. Лаборатории армейских исследований командования боевых возможностей армии США. «Возможность адаптировать катализаторы важна для достижения цели снижения веса солдат, связанного с накоплением и выработкой энергии, и обеспечения синтеза новых материалов».

Соавторами статьи являются аспиранты Райс Шарлотта Флатебо и Сейед Али Хоссейни Джебели и аспирант Дуйсбург-Эссена Фредерик Штайн и исследователь Кристоф Ребок. Линк – профессор химии, электротехники и вычислительной техники. Ландес – профессор химии, электротехники, вычислительной техники, химической и биомолекулярной инженерии. Барчиковски – профессор химии в Институте технической химии и Центре наноинтеграции в Дуйсбурге-Эссене.

Исследование поддержали Управление армейских исследований, научная и техническая аспирантура Министерства обороны США, Фонд Роберта А. Велча, Национальный научный фонд и Немецкий исследовательский фонд.

Источник: http://news.rice.edu/