Gli atomi di metallo nelle nanoparticelle possono apparire sulla superficie quando le nanoparticelle sono rivestite con un metallo diverso. Credito:Nobutomo Nakamura et al.
Le nanoparticelle sono importanti in molte discipline perché la loro elevata superficie rispetto al loro volume conferisce loro proprietà interessanti. Lo sviluppo continuo di metodi analitici per le nanoparticelle è quindi fondamentale. I ricercatori dell'Università di Osaka hanno riportato un modo per caratterizzare la formazione di un particolare tipo di nanoparticelle metalliche in tempo reale. I loro risultati sono pubblicati in Physical Review B .
Le nanoparticelle core-shell costituiscono un tipo di materiale incapsulato all'interno di un altro e offrono proprietà che non sono disponibili utilizzando un solo materiale.
Quando i materiali sono metalli e uno si deposita sopra l'altro, alcune caratteristiche dei metalli, ad esempio la dimensione dell'atomo e l'energia superficiale, significano che dovrebbero organizzarsi con un metallo particolare come guscio. Tuttavia, in pratica, il risultato non è sempre quello atteso e può cambiare a seconda della procedura sperimentale.
I metodi per analizzare i nanomateriali core-shell vengono generalmente applicati dopo la sintesi, fornendo poche informazioni su ciò che sta accadendo durante il processo di formazione. I ricercatori hanno quindi sviluppato una tecnica che ha permesso loro di seguire la deposizione e la ristrutturazione del metallo in tempo reale a temperatura ambiente.
"La nostra tecnica si basa sull'idea che se il metallo a maggiore energia superficiale forma il guscio, l'area della superficie della particella vuole minimizzare in modo da stringere la sfera", spiega il primo autore Nobutomo Nakamura. "Tuttavia, se c'è interdiffusione dei metalli, la struttura delle particelle nucleo-guscio è più dispersa. Abbiamo quindi tracciato la differenza nella forma delle particelle usando un risonatore piezoelettrico."
Quando le nanoparticelle di Au sono rivestite con Pd, gli atomi di Au si diffondono sulla superficie delle particelle. Credito:Nobutomo Nakamura et al.
I cambiamenti di forma sono stati seguiti dalla crescita di nanoparticelle molto vicine tra loro su un substrato e quindi dal monitoraggio della distanza interparticellare attraverso la resistenza.
Se il campo elettrico eccitato dal risonatore faceva muovere gli elettroni tra particelle che erano distanziate, allora la resistenza era alta perché il flusso era interrotto dagli spazi vuoti. Tuttavia, se le particelle si diffondevano e si toccavano, formando un percorso continuo, la resistenza diminuiva. Queste informazioni sono state quindi utilizzate per interpretare ciò che stava accadendo all'interno delle particelle.
Il sistema è stato utilizzato per indagare su tre diverse combinazioni di due metalli, depositati in entrambi gli ordini. Si è scoperto che le deposizioni potevano essere seguite in tempo reale e la deposizione di oro seguita da palladio portava in particolare all'interdiffusione, formando particelle core-shell con una struttura opposta all'ordine di deposizione.
Struttura interna della nanoparticella Pd/Au ottenuta mediante simulazione di dinamica molecolare. Credito:Nobutomo Nakamura et al.
"La nostra tecnica offre l'opportunità di mettere a punto la preparazione di nanoparticelle bimetalliche core-shell", afferma il Professore Associato Nakamura. "Questo controllo dovrebbe portare alla progettazione personalizzata di nanomateriali per applicazioni come il rilevamento dell'idrogeno e l'elaborazione sostenibile."
L'articolo, "Restructuring in bimetallic core-shell nanoparticles:Real time Observation", è stato pubblicato su Physical Review B . + Esplora ulteriormente
