Los científicos de la Universidad Nacional de Singapur observan la formación en tiempo real de estructuras huecas en la reacción de reemplazo galvánico (GR) entre la plata y el oro con una resolución nanométrica. obtener conocimientos sobre los mecanismos detrás de las transformaciones estructurales.

Las nanopartículas bimetálicas huecas tienen una alta relación de área superficial a volumen y son buenas candidatas para desarrollar materiales catalíticos porque permiten más interacciones entre los reactivos y la superficie del catalizador. La reacción de GR es un enfoque ampliamente utilizado para formar tales nanopartículas. Durante la reacción, los cambios estructurales son impulsados ​​por una diferencia en el potencial electroquímico entre dos metales diferentes en una solución, lo que conduce a la corrosión preferencial de un metal sobre el otro. Sin embargo, Sigue siendo un desafío producir nanopartículas bimetálicas huecas con tamaño y forma uniformes mediante síntesis química porque las funciones precisas de los procesos de crecimiento siguen sin estar claras.

Un equipo dirigido por el profesor Utkur MIRSAIDOV tanto del Departamento de Física como del Departamento de Ciencias Biológicas, NUS ha adquirido una comprensión mecanicista de los cambios estructurales durante la formación de nanocubos de plata huecos a medida que reaccionan con los iones de oro en una solución. Esto se logró utilizando microscopía electrónica de transmisión de células líquidas (LC-TEM), que es una nueva técnica en microscopía electrónica de transmisión que permite a los científicos examinar procesos en líquidos con resolución nanométrica. Observaron en tiempo real que los nanocubos de plata se vuelven huecos a través de la formación, crecimiento, y coalescencia de vacíos internos. Durante la reacción de reemplazo, El oro metálico se deposita sobre la superficie del nanocubo de plata con la disolución simultánea de la plata en una solución. La suposición común es que, el núcleo de plata se ahueca gradualmente a través de un agujero en la concha de oro. Sin embargo, el equipo descubrió que durante la reacción, se forman huecos en la interfaz entre los metales de plata y oro, a menudo cerca de las esquinas de los nanocubos y luego, el vaciado procede hacia adentro.

Estas observaciones LC-TEM implican que otro proceso, el efecto Kirkendall (KE), también contribuye al vaciado de nanopartículas. KE ocurre en interfaces bimetálicas porque los dos metales se difunden entre sí a diferentes velocidades. Da como resultado la formación de huecos en el lado del metal de difusión más rápida, que es consistente con la observación LC-TEM. El equipo caracterizó además los cambios en las transformaciones estructurales de las nanopartículas en función de la cantidad de iones de oro presentes en la solución y la temperatura de su entorno. que apuntan hacia un acoplamiento entre KE y GR durante el proceso de vaciado. Los vacíos crecen más rápido con el aumento de la temperatura, indica una difusión atómica más rápida y es consistente con el comportamiento esperado para KE.

Explicando la importancia de los hallazgos, El profesor Mirsaidov dijo:"Estamos muy entusiasmados con estos resultados. Nuestro equipo es el primero en observar directamente en tiempo real el KE como un transitorio, etapa intermedia en la reacción de vaciado entre plata y oro. Este enfoque puede extenderse potencialmente al estudio de otras reacciones en fase líquida a temperaturas elevadas, lo que nos acerca a las condiciones reales de reacción ".