納米顆粒中含有金，過去也含有大量銀。但是大部分銀已經(jīng)流失了，研究人員想知道是如何流失的。金銀合金是有用的催化劑，可降解環(huán)境污染物、促進(jìn)塑料和化學(xué)品的生產(chǎn)以及殺死表面細(xì)菌等。在納米顆粒形式中，這些合金可用作光學(xué)傳感器或催化析氫反應(yīng)。

但有一個(gè)問題：白銀并不總是保持不變。

萊斯大學(xué)和德國(guó)杜伊斯堡-埃森大學(xué)的科學(xué)家進(jìn)行的一項(xiàng)新研究揭示了銀耗散背后的兩步機(jī)制，這一發(fā)現(xiàn)可以幫助工業(yè)對(duì)特定用途的納米粒子合金進(jìn)行微調(diào)。

由賴斯化學(xué)家 Christy Landes 和 Stephan Link 以及研究生 Alexander Al-Zubeidi 和杜伊斯堡-埃森化學(xué)家 Stephan Barcikowski 領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)使用精密的顯微鏡來展示金如何保留足夠的銀來穩(wěn)定納米顆粒。

他們的研究發(fā)表在美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)期刊ACS Nano 上。

研究人員使用高光譜暗場(chǎng)成像顯微鏡研究在酸性溶液中含有過量銀的金銀合金納米粒子。該技術(shù)使它們能夠觸發(fā)等離子激元，即在發(fā)光時(shí)流過粒子表面的能量漣漪。這些等離子激元散射隨合金成分變化的光。

“等離子體對(duì)合金成分的依賴性使我們能夠?qū)崟r(shí)記錄銀離子浸出動(dòng)力學(xué)，”該研究的主要作者 Al-Zubeidi 說。

Al-Zubeidi 指出，金銀合金薄膜已經(jīng)使用了幾十年，通常用作抗菌涂層，因?yàn)殂y離子對(duì)細(xì)菌有毒。“我認(rèn)為銀的釋放機(jī)制已經(jīng)從合金薄膜的研究中得到了暗示，但它從未以定量的方式得到證實(shí)，”他說。

最初，銀離子從納米粒子中快速浸出，結(jié)果實(shí)際上縮小了。隨著這個(gè)過程的繼續(xù)，在大多數(shù)情況下，金晶格會(huì)隨著時(shí)間的推移釋放出所有的銀，但大約 25% 的顆粒表現(xiàn)不同，銀浸出不完全。

Al-Zubeidi 說他們觀察到的結(jié)果表明可以操縱金來穩(wěn)定合金納米粒子。

“在我們的條件下，銀浸出通常會(huì)持續(xù)大約兩個(gè)小時(shí)，”他說。“然后在第二階段，反應(yīng)不再發(fā)生在表面上。相反，隨著金晶格重新排列，銀離子必須擴(kuò)散穿過這個(gè)富含金的晶格才能到達(dá)表面，在那里它們可以被氧化。這會(huì)減慢反應(yīng)速度很大。

“在某些時(shí)候，顆粒會(huì)鈍化，不會(huì)再發(fā)生浸出，”Al-Zubeidi 說。“顆粒變得穩(wěn)定。到目前為止，我們只研究了銀含量為 80%-90% 的顆粒，我們發(fā)現(xiàn)很多顆粒在達(dá)到約 50% 的銀含量時(shí)停止浸出銀。

“對(duì)于催化和電催化等應(yīng)用來說，這可能是一種有趣的組合物，”他說。“我們希望找到 50% 左右的最佳點(diǎn)，在那里粒子穩(wěn)定，但仍然具有許多類似銀的特性。”

了解這種反應(yīng)可以幫助研究人員建立一個(gè)用于各種應(yīng)用的金銀催化劑和電催化劑庫(kù)。

Link 說，萊斯團(tuán)隊(duì)很高興有機(jī)會(huì)與 Barcikowski 合作，Barcikowski 是通過激光燒蝕合成納米顆粒領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者。“這使得制造具有各種成分且不含穩(wěn)定配體的合金納米粒子成為可能，”他說。

“從我們的角度來看，我們擁有完美的技術(shù)來通過高光譜成像研究從許多單合金納米粒子中并行浸出銀離子的過程，”蘭德斯補(bǔ)充道。“只有單粒子方法能夠解析粒子內(nèi)和粒子間的幾何形狀。”

美國(guó)陸軍作戰(zhàn)能力司令部陸軍研究部陸軍研究辦公室電化學(xué)項(xiàng)目經(jīng)理羅伯特·曼茨說：“這項(xiàng)努力將使一種新方法能夠產(chǎn)生具有獨(dú)特電化學(xué)、光學(xué)和電子特性的納米結(jié)構(gòu)催化劑和新材料。”實(shí)驗(yàn)室。“定制催化劑的能力對(duì)于實(shí)現(xiàn)減輕與電力存儲(chǔ)和發(fā)電相??關(guān)的士兵承受的重量以及實(shí)現(xiàn)新型材料合成的目標(biāo)很重要。”

標(biāo)簽： 金銀納米粒子