Symmetriens oprindelse bryder i den frømedierede vækst af bimetal nano-heterostrukturer

Under frømedieret vækst, Pd-Au nano-heterostrukturen kan enten være centrosymmetriske Pd@Au kerne-skal trisoctaedre eller asymmetriske Pd-Au heterodimerer. Hvad forårsager symmetribrud af bimetal nano-heterostrukturer? En nylig undersøgelse foreslår, at den termodynamiske faktor spiller en nøglerolle for symmetribrud af bimetal nano-heterostrukturer under frø-medieret vækst.

Inden for nanomaterialer, kontrol af symmetrien (f.eks. centrosymmetri eller ikke-centrosymmetri) af nano-heterostrukturer er af betydning og tiltrækker omfattende opmærksomhed, fordi det tilbyder et effektivt middel til at opnå komplekse strukturer og realisere nye egenskaber, der normalt er utænkelige for homogene partikler eller symmetriske nano-heterostrukturer. Imidlertid, det er fortsat en stor udfordring at producere asymmetriske bimetal nano-heterostrukturer via frøformidlet vækst, som krystalstrukturer af metaller er normalt af høj symmetri. Hvad angår ædelmetaller med ansigtscentreret-kubisk (fcc) struktur, i frø-medieret vækst af bimetal nano-heterostrukturer, slutprodukterne opretholder fortrinsvis symmetrien af ​​frømaterialerne (dvs. danner en kerne-skal struktur). I et nyligt værk udgivet i Videnskabsbulletin , Q. Kuang og Z. X. Xie, et al foreslår, at forskellen mellem elektrokemiske ligevægtspotentialer for to metaller i vækstopløsningen (svarende til deres Fermi-niveauer) er drivkraften, der termodynamisk bestemmer symmetribruddet i den frømedierede vækst af bimetale nano-heterostrukturer eller ej, dvs. danner enten asymmetriske eller centrosymmetriske bimetale nano-heterostrukturer.

Den foreslåede idé blev først demonstreret af frø-medieret vækst af Au på Pd nanocube frø. Ved at ændre koncentrationen af ​​et reduktionsmiddel, L-ascorbinsyre, i vækstløsningen, den relative position af Fermi-niveauer af Pd nanocube-frøene og det andet metal Au i vækstopløsningen viste sig at være omvendt, og følgelig produktstrukturen udviklede sig fra centrosymmetriske Pd@Au core-shell trisoctahedra til asymmetriske Pd-Au hetero-dimerer. Dette skyldes, at den lokale elektronfordeling af de kubiske Pd-frø ville ændre sig på grund af elektronoverførsel, efter at den oprindelige heterojunction er bygget, hvilket yderligere påvirker de præferentielle reduktionssteder for Au på Pd-frø. Ifølge den foreslåede teori, Udviklingen fra den centrosymmetriske Pd@Ag kerne-skal struktur til de asymmetriske Pd-Ag hetero-dimerer blev også realiseret ved en lignende metode. Dette resultat indikerer også, at det er helt muligt at bruge ΔVoc, som er forskellen mellem åben-kredsløbspotentialerne mellem de to metalelektroder i en given opløsning, som det eksperimentelle kriterium for at bedømme dannelsesmåden for bimetal nano-heterostrukturer via den frømedierede vækst.

Disse opdagelser præsenteret i dette arbejde giver en ny indsigt i dannelsesmekanismen af ​​bimetal nano-heterostrukturer fra et termodynamisk synspunkt, hvilket er potentielt nyttigt til at opnå det rationelle design af bimetal nano-heterostrukturer med særlige egenskaber og funktioner.