Debido a sus exclusivas estructuras permeables de capa hueca con núcleos móviles internos, los nanocristales de capa de yema son adecuados para una amplia variedad de aplicaciones. Investigadores de Tokyo Tech han desarrollado nanocristales de cáscara de yema que consisten en un núcleo de oro con varias capas de semiconductores, utilizando un novedoso proceso de intercambio iónico secuencial. Estos nanocristales de cáscara de yema de semiconductores de metal pueden servir como fotocatalizadores altamente efectivos para muchas aplicaciones.

Los nanocristales de cáscara de yema son materiales únicos con propiedades estructurales fascinantes, como una cáscara permeable, un espacio vacío interior y una yema móvil. Estos nanocristales son adecuados para una variedad de aplicaciones, dependiendo de la elección de los materiales utilizados para su fabricación.

Por ejemplo, si la superficie interna de sus caparazones es reflectante, los nanocristales de caparazón de yema pueden convertirse en un dispositivo fotovoltaico confiable. Una lata de núcleo móvil puede actuar como un agitador, capaz de mezclar soluciones contenidas dentro de la cubierta. Las superficies interior y exterior de la cáscara proporcionan una gran cantidad de sitios activos para las reacciones, y las fascinantes propiedades de la estructura de la cáscara de la yema (resultado de las interacciones electrónicas y la transferencia de carga entre las superficies de la estructura) hacen que estos nanocristales sean ideales para aplicaciones de fotocatálisis. Comprensiblemente, los nanocristales de cáscara de yema se han ganado la atención de investigadores de todo el mundo.

Ahora, en un estudio colaborativo publicado en ACS Applied Nano Materials , que también fue seleccionado como Editors' Choice de ACS, un equipo de investigación internacional dirigido por el Profesor Asociado Tso-Fu Mark Chang y el Profesor Asistente Chun-Yi Chen en el Instituto de Tecnología de Tokio (Tokyo Tech) y el Profesor Yung-Jung Hsu en el National La Universidad Yang Ming Chiao Tung en Taiwán ha desarrollado varias estructuras de capa de yema que contienen una yema de oro metálico (Au) con varias capas de semiconductores. Estas estructuras han ganado popularidad en todo el mundo debido a sus propiedades fascinantes, gracias a sus núcleos de Au.

"Los nanocristales de cáscara de yema que consisten en una yema de metal y cáscaras de semiconductores son particularmente interesantes porque pueden adaptarse a usos relacionados con el transporte masivo, por ejemplo, la fotocatálisis", dice el profesor Chen.

Para hacer los nanocristales, los investigadores emplearon un proceso secuencial de intercambio de iones. El procedimiento implica una delicada sulfuración en una plantilla de nanocristal de núcleo-corteza de Au@Cu2O (donde el Au contribuye al núcleo y el Cu2O a la formación de la cubierta), seguido de una reacción de intercambio catiónico controlada cinéticamente que permite la conversión de la composición de la cubierta (es decir, Cu2O ) en varios sulfuros metálicos, que son semiconductores. Cuatro muestras representativas de nanocristales de cáscara de yema, incluidas Au@Cu7S4, Au@CdS, Au@ZnS y Au@Ni3S4, se sintetizaron para su investigación de esta manera (como se muestra en la Figura 1).

El rendimiento de estas estructuras de cáscara de yema como fotocatalizadores se evaluó mediante espectroscopia de fotoelectrones de rayos X (XPS) y espectroscopia de fotoluminiscencia de estado estacionario (PL).

Usando XPS, los investigadores encontraron que los núcleos metálicos y las capas semiconductoras de los nanocristales tenían interacciones electrónicas favorables para las aplicaciones de fotocatálisis. La espectroscopía de PL de resolución temporal reveló que las nanoestructuras tenían una alta intensidad de PL, lo que indica una alta actividad fotocatalítica, lo que implica que eran muy capaces de absorber luz y generar portadores de carga de huecos de electrones (como se muestra en la Figura 2).

"En un escenario del mundo real, las reacciones facilitadas por los electrones y huecos fotoexcitados separados desempeñan un papel en la purificación ambiental, al producir especies reactivas de oxígeno", explica el profesor Chen, describiendo un escenario en el que se podrían usar sus novedosos fotocatalizadores de cáscara de yema. . Estos electrones y huecos fotoexcitados pueden facilitar una multitud de reacciones, haciendo que los nanocristales de cáscara de yema sean aplicables en muchos campos, como la purificación ambiental, la producción de hidrógeno y la reducción de dióxido de carbono. + Explora más

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