Durante la crescita mediata dai semi, la nano-eterostruttura di Pd-Au può essere trisottaedri centrosimmetrici Pd@Au nucleo-guscio o eterodimeri Pd-Au asimmetrici. Cosa causa la rottura della simmetria delle nano-eterostrutture bimetalliche? Uno studio recente propone che il fattore termodinamico svolga un ruolo chiave per la rottura della simmetria delle nano-eterostrutture bimetalliche durante la crescita mediata dal seme.

Nel campo dei nanomateriali, controllo della simmetria (es. centrosimmetria o non centrosimmetria) delle nano-eterostrutture è significativo e attira un'ampia attenzione perché offre un mezzo efficiente per ottenere strutture complesse e realizzare nuove proprietà che sono solitamente inconcepibili per particelle omogenee o nano-eterostrutture simmetriche. Però, rimane una grande sfida produrre nano-eterostrutture bimetalliche asimmetriche attraverso la crescita mediata dai semi, poiché le strutture cristalline dei metalli sono solitamente di elevata simmetria. Per quanto riguarda i metalli nobili con struttura cubica a facce centrate (fcc), nella crescita mediata dai semi di nano-eterostrutture bimetalliche, i prodotti finali mantengono preferenzialmente la simmetria dei materiali del seme (cioè, formando una struttura core-shell). In un recente lavoro pubblicato su Bollettino Scientifico , Q. Kuang e Z. X. Xie, et al propongono che la differenza di potenziale elettrochimico di equilibrio di due metalli nella soluzione di crescita (corrispondente ai loro livelli di Fermi) sia la forza motrice che determina termodinamicamente la rottura della simmetria nella crescita mediata dal seme di nano-eterostrutture bimetalliche o meno, cioè., formando nano-eterostrutture bimetalliche asimmetriche o centrosimmetriche.

L'idea proposta è stata dimostrata per la prima volta dalla crescita mediata dai semi di Au su semi di nanocubi di Pd. Con la modifica della concentrazione di un riducente, acido L-ascorbico, nella soluzione di crescita, la posizione relativa dei livelli di Fermi dei semi del nanocubo di Pd e del secondo metallo Au nella soluzione di crescita è risultata invertita, e di conseguenza, la struttura dei prodotti si è evoluta da trisottaedri nucleo-guscio centrosimmetrici Pd@Au a eterodimeri Pd-Au asimmetrici. Questo perché la distribuzione elettronica locale dei semi cubici di Pd cambierebbe a causa del trasferimento di elettroni dopo che l'eterogiunzione originale è stata costruita, che colpisce ulteriormente i siti di riduzione preferenziale di Au sui semi di Pd. Secondo la teoria proposta, l'evoluzione dalla struttura core-shell centrosimmetrica Pd@Ag agli eterodimeri asimmetrici Pd-Ag è stata realizzata anche con un metodo simile. Questo risultato indica anche che è del tutto fattibile usare ΔVoc, che è la differenza dei potenziali a circuito aperto tra i due elettrodi metallici in una data soluzione, come criterio sperimentale per giudicare la modalità di formazione di nano-eterostrutture bimetalliche attraverso la crescita mediata dal seme.

Queste scoperte presentate in questo lavoro forniscono una nuova visione del meccanismo di formazione delle nano-eterostrutture bimetalliche dal punto di vista termodinamico, che è potenzialmente utile per ottenere la progettazione razionale di nano-eterostrutture bimetalliche con proprietà e funzioni speciali.