Figura 1. (a) Rappresentazione schematica della procedura sintetica per Au@Cu7S4, Au@CdS, Au@ZnS e Au@Ni3S4. (b-e) mostra le immagini TEM corrispondenti. La sintesi di nanostrutture di guscio di tuorlo comporta la solforazione su un modello di nanocristalli di guscio di nucleo Au @ Cu2O per convertire la composizione del guscio in vari solfuri metallici. Credito:Tokyo Institute of Technology
Grazie alle loro strutture a guscio cavo e permeabili uniche con nuclei interni mobili, i nanocristalli a guscio di tuorlo sono adatti per un'ampia varietà di applicazioni. I ricercatori di Tokyo Tech hanno sviluppato nanocristalli di guscio di tuorlo costituiti da un nucleo d'oro con vari gusci semiconduttori, utilizzando un nuovo processo di scambio ionico sequenziale. Questi nanocristalli di guscio di tuorlo a semiconduttore metallico possono fungere da fotocatalizzatori altamente efficaci per molte applicazioni.
I nanocristalli di guscio di tuorlo sono materiali unici con proprietà strutturali affascinanti, come un guscio permeabile, uno spazio vuoto interno e un tuorlo mobile. Questi nanocristalli sono adatti per una varietà di applicazioni, a seconda della scelta dei materiali utilizzati per la loro fabbricazione.
Ad esempio, se la superficie interna dei loro gusci è riflettente, i nanocristalli di tuorlo possono costituire un dispositivo fotovoltaico affidabile. Un nucleo mobile può fungere da agitatore, in grado di miscelare le soluzioni trattenute all'interno del guscio. Le superfici interne ed esterne del guscio forniscono numerosi siti attivi per le reazioni e le affascinanti proprietà della struttura del tuorlo (risultato delle interazioni elettroniche e del trasferimento di carica tra le superfici della struttura) rendono questi nanocristalli ideali per applicazioni di fotocatalisi. Comprensibilmente, i nanocristalli di tuorlo hanno guadagnato l'attenzione dei ricercatori di tutto il mondo.
Ora, in uno studio collaborativo pubblicato su ACS Applied Nano Materials , che è stato anche selezionato come ACS Editors' Choice, un gruppo di ricerca internazionale guidato dal Professore Associato Tso-Fu Mark Chang e dall'Assistente Professor Chun-Yi Chen al Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech) e dal Professor Yung-Jung Hsu al National La Yang Ming Chiao Tung University di Taiwan ha sviluppato diverse strutture a guscio di tuorlo contenenti un tuorlo d'oro metallico (Au) con vari gusci di semiconduttori. Tali strutture sono diventate popolari in tutto il mondo grazie alle loro proprietà affascinanti, grazie ai loro nuclei Au.
"I nanocristalli di guscio di tuorlo comprendenti un tuorlo metallico e gusci di semiconduttori sono particolarmente interessanti perché possono essere adattati a utilizzi legati al trasporto di massa, ad esempio la fotocatalisi", afferma il professor Chen.
Per realizzare i nanocristalli, i ricercatori hanno impiegato un processo di scambio ionico sequenziale. La procedura prevede una delicata solfidazione su un modello di nanocristallo core-shell Au@Cu2O (dove Au contribuisce al nucleo e Cu2O alla formazione del guscio), seguita da una reazione di scambio cationico cineticamente controllata che consente la conversione della composizione del guscio (cioè, Cu2O ) in vari solfuri metallici, che sono semiconduttori. Quattro campioni rappresentativi di nanocristalli di guscio di tuorlo, inclusi Au@Cu7S4, Au@CdS, Au@ZnS e Au@Ni3S4, sono stati sintetizzati per l'indagine in questo modo (come mostrato nella Figura 1).
Le prestazioni di queste strutture a guscio di tuorlo come fotocatalizzatori sono state valutate utilizzando la spettroscopia fotoelettronica a raggi X (XPS) e la spettroscopia di fotoluminescenza allo stato stazionario (PL).
Figura 2. Spettri di fotoluminescenza (PL) allo stato stazionario di (a) Au@Cu7S4, (b) Au@CdS, (c) Au@ZnS e (d) Au@Ni3S4. Sono inclusi anche i risultati delle loro controparti pure. Sotto l'illuminazione della luce, è stato riscontrato che le nanostrutture hanno un'elevata attività di fotoluminescenza (PL), rivelando che sono altamente capaci di assorbire la luce e generare elettroni e lacune come portatori di carica. Credito:Tokyo Institute of Technology
Utilizzando l'XPS, i ricercatori hanno scoperto che i nuclei metallici ei gusci semiconduttori dei nanocristalli hanno interazioni elettroniche favorevoli per le applicazioni di fotocatalisi. La spettroscopia PL risolta nel tempo ha rivelato che le nanostrutture hanno un'elevata intensità PL, indicando un'elevata attività fotocatalitica, il che implica che erano altamente capaci di assorbire la luce e generare portatori di carica elettron-lacuna (come mostrato nella Figura 2).
"In uno scenario reale, le reazioni facilitate da elettroni e lacune fotoeccitati separati svolgono un ruolo nella purificazione ambientale, producendo specie reattive dell'ossigeno", spiega il Prof. Chen, descrivendo uno scenario in cui potrebbero essere utilizzati i loro nuovi fotocatalizzatori a guscio di tuorlo . Questi elettroni e buchi fotoeccitati possono facilitare una moltitudine di reazioni, rendendo i nanocristalli di tuorlo applicabili in molti campi come la purificazione ambientale, la produzione di idrogeno e la riduzione dell'anidride carbonica. + Esplora ulteriormente
