Kemikere viser ioner iscenesat frigivelse fra guld-sølv nanopartikler kunne være nyttig egenskab

Der er guld i dem end nanopartikler, og der plejede at være meget sølv, også. Men meget af sølvet er udvasket, og forskere vil gerne vide hvordan.

Guld-sølv-legeringer er nyttige katalysatorer, der nedbryder miljøforurenende stoffer, lette produktionen af ​​plastik og kemikalier og dræbe bakterier på overflader, blandt andre applikationer. I nanopartikelform, disse legeringer kunne være nyttige som optiske sensorer eller til at katalysere hydrogenudviklingsreaktioner.

Men der er et problem:Sølv bliver ikke altid siddende.

En ny undersøgelse foretaget af forskere ved Rice University og University of Duisburg-Essen, Tyskland, afslører en to-trins mekanisme bag sølvets spredning, en opdagelse, der kunne hjælpe industrien med at finjustere nanopartikellegeringer til specifikke anvendelser.

Holdet ledet af Rice-kemikerne Christy Landes og Stephan Link og kandidatstuderende Alexander Al-Zubeidi og Duisburg-Essen-kemikeren Stephan Barcikowski brugte sofistikeret mikroskopi for at vise, hvordan guld kan beholde nok sølv til at stabilisere nanopartiklerne.

Deres undersøgelse vises i tidsskriftet American Chemical Society ACS Nano .

Forskerne brugte et hyperspektralt mørkefelts billeddannende mikroskop til at studere guld-sølv legering nanopartikler indeholdende et overskud af sølv i en sur opløsning. Teknikken tillod dem at udløse plasmoner, krusninger af energi, der flyder hen over overfladen af ​​partikler, når de tændes. Disse plasmoner spreder lys, der ændrer sig med legeringens sammensætning.

"Plasmonens afhængighed af legeringssammensætning gjorde det muligt for os at registrere sølvionudvaskningskinetik i realtid, " sagde Al-Zubeidi, hovedforfatter af undersøgelsen.

Al-Zubeidi bemærkede, at film af guld og sølvlegering har været i brug i årtier, ofte som antibakterielle belægninger, fordi sølvioner er giftige for bakterier. "Jeg tror, ​​at sølvfrigørelsesmekanismen er blevet antydet fra undersøgelser af legeringsfilm, men det er aldrig blevet bevist på en kvantitativ måde, " han sagde.

I første omgang, sølvioner udvaskes hurtigt fra nanopartikler, som bogstaveligt talt krymper som et resultat. Mens processen fortsætter, guldgitteret frigiver i de fleste tilfælde alt sølvet over tid, men omkring 25 % af partiklerne opfører sig anderledes, og sølvudvaskningen er ufuldstændig.

Al-Zubeidi sagde, hvad de observerede, tyder på, at guld kunne manipuleres for at stabilisere legeringsnanopartiklerne.

"Normalt ville sølvudvaskning vare omkring to timer under vores forhold, " sagde han. "Så i anden fase, reaktionen sker ikke længere på overfladen. I stedet, som guldgitteret omarrangerer, sølvionerne skal diffundere gennem dette guldrige gitter for at nå overfladen, hvor de kan oxideres. Det sænker reaktionshastigheden meget.

"På et tidspunkt, partiklerne passiveres, og der kan ikke ske mere udvaskning, " sagde Al-Zubeidi. "Partiklerne bliver stabile. Indtil nu, vi har kun set på partikler med et sølvindhold på 80%-90%, og vi fandt ud af, at mange af partiklerne holder op med at udvaske sølv, når de når et sølvindhold på omkring 50 %.

"Det kunne være en interessant sammensætning til applikationer som katalyse og elektrokatalyse, " sagde han. "Vi vil gerne finde et sødt sted omkring 50 %, hvor partiklerne er stabile, men stadig har mange af deres sølvlignende egenskaber."

At forstå sådanne reaktioner kan hjælpe forskere med at opbygge et bibliotek af guld-sølv-katalysatorer og elektrokatalysatorer til forskellige anvendelser.

Link sagde, at Rice-teamet glædede sig over muligheden for at arbejde med Barcikowski, førende inden for nanopartikelsyntese via laserablation. "Dette gør det muligt at skabe legerede nanopartikler med forskellige sammensætninger og fri for stabiliserende ligander, " han sagde.

"Fra vores ende, vi havde den perfekte teknik til at studere processen med sølvionudvaskning fra mange enkeltlegerede nanopartikler parallelt via hyperspektral billeddannelse, " tilføjede Landes. "Kun en enkelt-partikel-tilgang var i stand til at løse intra- og interpartikelgeometrien."

"Denne indsats vil muliggøre en ny tilgang til at generere nanostrukturerede katalysatorer og nye materialer med unikke elektrokemiske, optiske og elektroniske egenskaber, " sagde Robert Mantz, programleder for elektrokemi ved Hærens Forskningskontor, et element i U.S. Army Combat Capabilities Command's Army Research Laboratory. "Evnen til at skræddersy katalysatorer er vigtig for at nå målet om at reducere soldaterbåren vægt forbundet med strømlagring og -generering og muliggøre ny materialesyntese."