Más grande no siempre es mejor pero aquí hay algo que comienza pequeño y mejora a medida que crece.

Solo enciéndelo y verás.

Un equipo dirigido por los químicos de la Universidad Rice Christy Landes y Stephan Link, ambos asociados con el Instituto Smalley-Curl, han creado partículas híbridas que combinan las inmejorables propiedades de captación de luz de las nanopartículas plasmónicas con la flexibilidad de los recubrimientos de polímeros catalíticos. Su trabajo podría ayudar a impulsar aplicaciones plasmónicas de larga data en electrónica, imagen detección y medicina.

Los plasmones son ondas de energía detectables creadas en la superficie de algunos metales cuando se excitan con luz u otra entrada. Las nanoantenas son trozos microscópicos de estos metales, como el oro, plata y aluminio. Debido a que son sensibles a entradas específicas en función de su tamaño, forma y tipo, son sintonizables y, por lo tanto, útiles como sensores, agentes de bioimagen e incluso como terapéuticos.

El objetivo de las autoras principales Emily Searles, un estudiante graduado de química, y Sean Collins, ex becario postdoctoral Carl y Lillian Illig en Rice, era crear nanoantenas híbridas con la máxima transferencia de energía desde sus núcleos metálicos a un recubrimiento de polímero.

Encontraron una manera de recubrir nanopartículas de oro sobre un soporte electroquímico con un material sensible a la luz. polímero a base de níquel. Cuando se activa por la luz, La energía de los plasmones del oro fluye hacia el revestimiento mientras que el potencial aplicado en la celda electroquímica induce una nueva polimerización de los monómeros en solución. duplicando el tamaño del recubrimiento. El híbrido resultante amortigua la dispersión de la luz de los plasmones transfiriendo energía a la capa del polímero.

"La esperanza es que debido a que hemos puesto la energía en el polímero, ahora podemos aprovechar esa energía para reaccionar con otras moléculas en la superficie de la interfaz blanda, ", Dijo Searles." No hay reacciones incluidas en este documento, pero ahí es donde queremos ir ".

El estudio aparece en la revista American Chemical Society ACS Nano .

Las partículas de polímero de oro estudiadas midieron aproximadamente 35 por 85 nanómetros antes de la polimerización y el doble después. En su apogeo en experimentos y simulaciones, entregaron un 50% de eficiencia en la transferencia de energía de la nanopartícula al recubrimiento, 20% mejor que el índice de referencia anterior.

Los experimentos consistieron en colocar partículas recubiertas individuales en un electrodo de óxido de indio y estaño bajo un microscopio de imágenes de campo oscuro hiperespectral para registrar sus espectros de dispersión.

Los investigadores conocían dos posibles caminos para transferir la energía de la luz entre los metales y el recubrimiento de polímero:carga y transferencia de energía resonante.

"Estos nuevos híbridos, explotar las rutas de transferencia de energía, podría resolver dos desafíos actuales con fotocatálisis plasmónica, "Link dijo." Primero, Las eficiencias suelen ser bajas porque la transferencia de carga es lenta en comparación con otros procesos de la competencia.

"Segundo, la transferencia de carga generalmente requiere una reacción de sacrificio o el catalizador se envenena con el tiempo, ", dijo." Estos híbridos basados ​​en transferencia de energía eliminan la necesidad de una reacción de sacrificio porque tanto la transferencia de electrones como la de huecos ocurren simultáneamente ".

El primer desafío fue averiguar qué polímero era mejor para llevar energía de aquí para allá.

"Las nanoantenas y el polímero se ven muy similares si simplemente mides el espectro de luz que absorben, "dijo Collins, ahora ingeniero de procesos de litografía en Intel.

"Sin embargo, en realidad, están absorbiendo la luz de formas completamente diferentes y el truco es hacer que esos dos mecanismos funcionen juntos. La nanoantena arroja una enorme red para atraer la energía de la luz y comparte la mayor parte de la captura con el polímero hambriento. dando al polímero mucha más energía de la que podría recolectar solo ".

El equipo determinó el dipolo de resonancia plasmónica en el oro y las transiciones del dipolo eléctrico en el polímero de níquel alineadas cuando se activan con la luz. proporcionando un camino para que los portadores de carga migren desde el polímero.

"La energía del polímero se disipa después de un tiempo, pero no parece volver al oro, ", Dijo Searles.

El recubrimiento de polímero llega a un punto de rendimientos decrecientes, ella dijo. "Descubrimos que hay una especie de lugar feliz donde no verás más transferencia de energía, ", Dijo Searles." El polímero que está agregando está demasiado lejos de la nanopartícula ".

Todas las variables entre entrada de luz, La configuración de nanopartículas y el polímero mantendrán a Searles ocupada durante años mientras investiga aplicaciones prácticas.

"El objetivo es poder crear una biblioteca de estos sistemas, ", dijo." Dependiendo de la aplicación, queremos cambiar el espectro para tener la mayor eficiencia energética. Hay muchas cosas diferentes para afinar con seguridad."

Landes enfatizó la importancia de un equipo colaborativo, así como la capacidad de combinar nuevas herramientas de imágenes y espectroscopía en el proyecto.

"Si esperamos aprovechar el potencial de los nanomateriales novedosos en aplicaciones futuras, Es crucial comprender cómo procesos tan fundamentales como la transferencia de energía impulsan las propiedades de sus materiales en las nano y macroescalas, ", dijo." Tales esfuerzos son más grandes de lo que se puede lograr con un solo método o un solo laboratorio ".