Durante el crecimiento mediado por semillas, la nano-heteroestructura de Pd-Au puede ser trisoctaedros centrosimétricos de núcleo-capa de Pd @ Au o heterodímeros asimétricos de Pd-Au. ¿Qué causa la ruptura de la simetría de las nano-heteroestructuras bimetálicas? Un estudio reciente propone que el factor termodinámico juega un papel clave en la ruptura de la simetría de nano-heteroestructuras bimetálicas durante el crecimiento mediado por semillas.

En el campo de los nanomateriales, control de la simetría (p. ej., centrosimetría o no centrosimetría) de nano-heteroestructuras es importante y atrae una gran atención porque ofrece un medio eficiente para lograr estructuras complejas y realizar nuevas propiedades que generalmente son inconcebibles para partículas homogéneas o nano-heteroestructuras simétricas. Sin embargo, sigue siendo un gran desafío producir nano-heteroestructuras bimetálicas asimétricas a través del crecimiento mediado por semillas, ya que las estructuras cristalinas de los metales suelen ser de alta simetría. En cuanto a los metales nobles de estructura cúbica centrada en las caras (fcc), en el crecimiento mediado por semillas de nano-heteroestructuras bimetálicas, los productos finales mantienen preferentemente la simetría de los materiales de semilla (es decir, formando una estructura núcleo-capa). En un trabajo reciente publicado en Boletín de ciencia , Q. Kuang y Z. X. Xie, et al proponen que la diferencia de potenciales electroquímicos de equilibrio de dos metales en la solución de crecimiento (correspondiente a sus niveles de Fermi) es la fuerza impulsora que determina termodinámicamente la ruptura de simetría en el crecimiento mediado por semillas de nano-heteroestructuras bimetálicas o no, es decir., formando nano-heteroestructuras bimetálicas asimétricas o centrosimétricas.

La idea propuesta fue demostrada por primera vez por el crecimiento mediado por semillas de Au en semillas de nanocubos de Pd. Al cambiar la concentración de un reductor, Ácido L-ascórbico, en la solución de crecimiento, Se encontró que la posición relativa de los niveles de Fermi de las semillas de nanocubos de Pd y el segundo metal Au en la solución de crecimiento estaba invertida, y, en consecuencia, la estructura de los productos evolucionó de trisoctaedros centrosimétricos de Pd @ Au núcleo-capa a heterodímeros asimétricos de Pd-Au. Esto se debe a que la distribución local de electrones de las semillas cúbicas de Pd cambiaría debido a la transferencia de electrones después de que se construye la heterounión original. lo que afecta además a los sitios de reducción preferencial de Au en semillas de Pd. Según la teoría propuesta, la evolución desde la estructura de núcleo-capa de Pd @ Ag centrosimétrica a los heterodímeros asimétricos de Pd-Ag también se realizó mediante un método similar. Este resultado también indica que es completamente factible usar ΔVoc, que es la diferencia de los potenciales de circuito abierto entre los dos electrodos metálicos en una solución dada, como criterio experimental para juzgar el modo de formación de nano-heteroestructuras bimetálicas a través del crecimiento mediado por semillas.

Estos descubrimientos presentados en este trabajo proporcionan una nueva visión del mecanismo de formación de nano-heteroestructuras bimetálicas desde el punto de vista termodinámico. lo que es potencialmente útil para lograr el diseño racional de nano-heteroestructuras bimetálicas con propiedades y funciones especiales.