C'è oro in loro thar nanoparticelle, e c'era molto argento, pure. Ma gran parte dell'argento si è dilavato, e i ricercatori vogliono sapere come.

Le leghe oro-argento sono utili catalizzatori che degradano gli inquinanti ambientali, facilitare la produzione di plastica e prodotti chimici e uccidere i batteri sulle superfici, tra le altre applicazioni. In forma di nanoparticelle, queste leghe potrebbero essere utili come sensori ottici o per catalizzare reazioni di evoluzione dell'idrogeno.

Ma c'è un problema:l'argento non rimane sempre fermo.

Un nuovo studio condotto da scienziati della Rice University e dell'Università di Duisburg-Essen, Germania, rivela un meccanismo a due fasi dietro la dissipazione dell'argento, una scoperta che potrebbe aiutare l'industria a mettere a punto le leghe di nanoparticelle per usi specifici.

Il team guidato dai chimici della Rice Christy Landes e Stephan Link e dallo studente laureato Alexander Al-Zubeidi e dal chimico di Duisburg-Essen Stephan Barcikowski ha impiegato una microscopia sofisticata per mostrare come l'oro potrebbe trattenere abbastanza argento per stabilizzare la nanoparticella.

Il loro studio appare sulla rivista American Chemical Society ACS Nano .

I ricercatori hanno utilizzato un microscopio iperspettrale di imaging a campo oscuro per studiare le nanoparticelle di lega oro-argento contenenti un eccesso di argento in una soluzione acida. La tecnica ha permesso loro di attivare plasmoni, increspature di energia che scorrono sulla superficie delle particelle quando accese. Questi plasmoni diffondono la luce che cambia con la composizione della lega.

"La dipendenza del plasmone dalla composizione della lega ci ha permesso di registrare la cinetica di lisciviazione degli ioni d'argento in tempo reale, " disse Al-Zubeidi, autore principale dello studio.

Al-Zubeidi ha notato che i film in lega d'oro e d'argento sono in uso da decenni, spesso come rivestimenti antibatterici, perché gli ioni d'argento sono tossici per i batteri. "Penso che il meccanismo di rilascio dell'argento sia stato implicato dagli studi sui film di lega, ma non è mai stato dimostrato in modo quantitativo, " Egli ha detto.

Inizialmente, gli ioni d'argento percolano rapidamente dalle nanoparticelle, che di conseguenza si rimpiccioliscono letteralmente. Mentre il processo continua, il reticolo d'oro nella maggior parte dei casi rilascia tutto l'argento nel tempo, ma circa il 25% delle particelle si comporta diversamente e la lisciviazione dell'argento è incompleta.

Al-Zubeidi ha affermato che ciò che hanno osservato suggerisce che l'oro potrebbe essere manipolato per stabilizzare le nanoparticelle della lega.

"Di solito la lisciviazione dell'argento dura circa due ore nelle nostre condizioni, " ha detto. "Poi nella seconda fase, la reazione non avviene più in superficie. Anziché, mentre il reticolo d'oro si riorganizza, gli ioni d'argento devono diffondersi attraverso questo reticolo ricco di oro per raggiungere la superficie, dove possono essere ossidati. Questo rallenta molto la velocità di reazione.

"Ad un certo punto, le particelle si passivano e non può più verificarsi lisciviazione, " Al-Zubeidi ha detto. "Le particelle diventano stabili. Finora, abbiamo esaminato solo particelle con un contenuto di argento dell'80%-90%, e abbiamo scoperto che molte particelle smettono di lisciviare l'argento quando raggiungono un contenuto di argento di circa il 50%.

"Potrebbe essere una composizione interessante per applicazioni come catalisi ed elettrocatalisi, " ha detto. "Vorremmo trovare un punto debole intorno al 50%, dove le particelle sono stabili ma hanno ancora molte delle loro proprietà simili all'argento".

La comprensione di tali reazioni potrebbe aiutare i ricercatori a costruire una libreria di catalizzatori oro-argento ed elettrocatalizzatori per varie applicazioni.

Link ha affermato che il team di Rice ha accolto con favore l'opportunità di lavorare con Barcikowski, leader nel campo della sintesi di nanoparticelle tramite ablazione laser. "Ciò consente di creare nanoparticelle di lega con varie composizioni e prive di ligandi stabilizzanti, " Egli ha detto.

"Dalla nostra fine, avevamo la tecnica perfetta per studiare il processo di lisciviazione di ioni d'argento da molte nanoparticelle di lega singola in parallelo tramite imaging iperspettrale, " Landes ha aggiunto. "Solo un approccio a singola particella è stato in grado di risolvere la geometria intra e interparticellare".

"Questo sforzo consentirà un nuovo approccio per generare catalizzatori nanostrutturati e nuovi materiali con effetti elettrochimici unici, proprietà ottiche ed elettroniche, " ha detto Robert Mantz, responsabile del programma per l'elettrochimica presso l'Ufficio Ricerche dell'Esercito, un elemento del laboratorio di ricerca dell'esercito del comando delle capacità di combattimento dell'esercito degli Stati Uniti. "La capacità di personalizzare i catalizzatori è importante per raggiungere l'obiettivo di ridurre il peso a carico dei soldati associato all'accumulo e alla generazione di energia e consentire la sintesi di nuovi materiali".