Nanokrystaller af æggeskal med bevægelig guldblomme:Næste generation af fotokatalysatorer

På grund af deres unikke permeable, hule skalstrukturer med indre, bevægelige kerner, er æggeblommeskal nanokrystaller velegnede til en bred vifte af applikationer. Yolk-shell nanokrystaller bestående af en guldkerne med forskellige halvlederskaller er blevet udviklet af Tokyo Tech-forskere ved hjælp af en ny sekventiel ionbytningsproces. Disse metal-halvleder blomme-skal nanokrystaller kan tjene som yderst effektive fotokatalysatorer til mange anvendelser.

Yolk-shell nanokrystaller er unikke materialer med fascinerende strukturelle egenskaber, såsom en permeabel skal, indvendigt hulrum og bevægelig blomme. Disse nanokrystaller er velegnede til en række forskellige anvendelser, afhængigt af valget af materialer, der anvendes til deres fremstilling.

For eksempel, hvis den indre overflade af deres skaller er reflekterende, kan æggeblomme-skal nanokrystaller gøre for en pålidelig fotovoltaisk enhed. En mobil kernedåse kan fungere som en omrører, der er i stand til at blande opløsninger, der holdes i skallen. De indre og ydre overflader af skallen giver masser af aktive steder for reaktioner, og æggeblomme-skalstrukturens fascinerende egenskaber (et resultat af elektroniske interaktioner og ladningsoverførsel mellem overfladerne af strukturen) gør disse nanokrystaller ideelle til fotokatalyseapplikationer. Forståeligt nok har blomme-skal nanokrystaller skaffet sig opmærksomhed fra forskere verden over.

Nu, i en samarbejdsundersøgelse offentliggjort i ACS Applied Nano Materials , som også blev udvalgt som ACS Editors' Choice, et internationalt forskerhold ledet af lektor Tso-Fu Mark Chang og adjunkt Chun-Yi Chen ved Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech) og professor Yung-Jung Hsu ved National Yang Ming Chiao Tung University i Taiwan har udviklet adskillige æggeblomme-skalstrukturer indeholdende en metallisk guld (Au) æggeblomme med forskellige halvlederskaller. Sådanne strukturer er steget i popularitet over hele verden på grund af deres fascinerende egenskaber på grund af deres Au-kerner.

"Nanokrystaller af æggeblomme bestående af en æggeblomme og halvlederskaller er særligt interessante, fordi de kan geares til massetransportrelaterede anvendelser, for eksempel fotokatalyse," siger professor Chen.

For at lave nanokrystallerne brugte forskerne en sekventiel ionbytningsproces. Proceduren involverer delikat sulfidering på en Au@Cu2O kerne-skal nanokrystalskabelon (hvor Au bidrager til kernen og Cu2O til skaldannelsen), efterfulgt af en kinetisk styret kationbytterreaktion, der muliggør omdannelse af skalsammensætningen (dvs. Cu2O) ) til forskellige metalsulfider, som er halvledere. Fire repræsentative prøver af æggeblommeskal nanokrystal, inklusive Au@Cu7S4, Au@CdS, Au@ZnS og Au@Ni3S4, blev syntetiseret til undersøgelse på denne måde (som vist i figur 1).

Ydeevnen af ​​disse æggeblomme-skalstrukturer som fotokatalysatorer blev evalueret ved hjælp af røntgenfotoelektronspektroskopi (XPS) og steady-state fotoluminescens (PL) spektroskopi.

Ved hjælp af XPS fandt forskerne, at nanokrystallernes metalkerner og halvledende skaller havde elektroniske interaktioner, der var gunstige for fotokatalyseapplikationer. Tidsopløst PL-spektroskopi afslørede, at nanostrukturerne havde høj PL-intensitet, hvilket indikerer høj fotokatalytisk aktivitet, hvilket antyder, at de var yderst i stand til at absorbere lys og generere elektron-hul-ladningsbærere (som vist i figur 2).

"I et scenarie i den virkelige verden spiller reaktionerne lettet af adskilte fotoexciterede elektroner og huller en rolle i miljøoprensning ved at producere reaktive oxygenarter," forklarer professor Chen, der beskriver et scenarie, hvor deres nye æggeblomme-skal fotokatalysatorer kunne bruges . Disse fotoexciterede elektroner og huller kan lette et væld af reaktioner, hvilket gør æggeblommeskal nanokrystaller anvendelige på mange områder såsom miljørensning, brintproduktion og kuldioxidreduktion. + Udforsk yderligere

Billigere brintproduktion