Написано AZoNano 16 декабря 2019 года [1945] [1945] [1945]

Новый метод, разработанный исследователями из Токийского технологического института (Tokyo Tech), позволяет ученым оценить структуру и химический состав металлических частиц, которые имеют диаметр всего от 0,5 до 2 нм.

Благодаря этому последнему прогрессу в аналитических методах, крошечные материалы могут быть разработаны и использованы в областях химии, биомедицины и электроники, чтобы назвать некоторых.

Анализ и разработка инновационных материалов позволили неограниченное число технологических инноваций и имеют решающее значение во многих областях науки, начиная от биоинженерии и медицины до современной электроники.

Практический дизайн, а также анализ новых материалов в наноскопических масштабах помогает преодолеть ограничения более ранних методологий и устройств для достижения новых возможностей и беспрецедентных уровней эффективности.

То же самое относится и к металлическим наночастицам, которые в настоящее время привлекают большое внимание в современных исследованиях из-за их диапазона многообещающих применений.

Недавно разработанная методика синтеза, которая включает использование молекул дендримера в качестве шаблона, позволяет ученым производить металлические нанокристаллы диаметром от 0,5 до 2 нм, то есть миллиардные доли метра.

Эти удивительно крошечные частицы, известные как «субнано кластеры» (SNC), обладают чрезвычайно отличительными характеристиками, такими как проявление необычных квантовых явлений, которые очень чувствительны к изменениям в количестве составляющих атомов кластеров и являются исключительными катализаторами для (электро) химические реакции.

К сожалению, преобладающие аналитические методы, используемые для анализа структуры частиц и материалов на наноуровне, не подходят для обнаружения SNC.

Рамановская спектроскопия является одним из таких методов, при котором образец облучают лазером, и полученные рассеянные спектры анализируют для достижения молекулярного профиля или отпечатка пальца потенциальных компонентов материала.

Обычная рамановская спектроскопия и ее варианты послужили полезными инструментами для ученых, но они, как правило, имеют низкую чувствительность и, следовательно, не могут быть использованы для SNC.

Следовательно, команда исследователей из Tokyo Tech, в которую вошли доктор Акиёси Кузуме, профессор Кимихиса Ямамото и соавторы, проанализировали метод улучшения измерений спектроскопии комбинационного рассеяния и сделали их способными к анализу SNC.

Рамановская спектроскопия с улучшенной поверхностью представляет собой один из специфических методов рамановской спектроскопии, который имеет дополнительно усовершенствованный вариант, в котором наночастицы золота и / или серебра, окруженные тонкой, инертной оболочкой из диоксида кремния, смешиваются с образцом для увеличения оптических сигналов и, следовательно, увеличить чувствительность метода.

Первоначально исследователи сосредоточились на теоретическом установлении оптимального состава и размера наночастиц, где серебряные оптические усилители с длиной волны 100 нм (почти вдвое больше, чем обычно используемый размер) могут значительно увеличить сигналы SNC, которые связаны с пористым кремнеземом. оболочки.

Этот спектроскопический метод избирательно генерирует рамановские сигналы веществ, которые находятся в непосредственной близости от поверхности оптических усилителей .

Кимихиса Ямамото, профессор Токийского технологического института

Чтобы проверить эти результаты, исследователи количественно оценили спектры комбинационного рассеяния SNC на основе оксида олова, чтобы проверить, можно ли найти объяснение их структурному или химическому составу для их загадочно высокой каталитической активности в конкретных химических реакциях.

Когда исследователи сравнили свои измерения комбинационного рассеяния с теоретическим анализом и структурным моделированием, они получили новое понимание структурного состава SNC на основе оксида олова, которое объяснило происхождение специфической, зависящей от атомной силы каталитической активности SNC на основе оксида олова.

Метод, использованный в этом исследовании, может иметь серьезные последствия для разработки лучших субнаномасштабных научных и аналитических методов.

Детальное понимание физической и химической природы веществ способствует рациональному проектированию субнаноматериалов для практического применения. Высокочувствительные спектроскопические методы ускорят материальные инновации и будут способствовать развитию субнанологии как области междисциплинарных исследований .

Кимихиса Ямамото, профессор Токийского технологического института

Инновации, подобные тем, которые продемонстрировали исследователи, будут полезны для расширения сферы применения субнаноматериалов во многих областях, таких как катализаторы, электроника и биосенсоры.

Источник: https://www.titech.ac.jp/english/