Los átomos de metal en las nanopartículas pueden aparecer en la superficie cuando las nanopartículas están recubiertas con un metal diferente. Crédito:Nobutomo Nakamura et al.
Las nanopartículas son importantes en muchas disciplinas porque su gran área superficial en comparación con su volumen les confiere propiedades interesantes. Por lo tanto, el desarrollo continuo de métodos analíticos para nanopartículas es crucial. Investigadores de la Universidad de Osaka han informado sobre una forma de caracterizar la formación de un tipo particular de nanopartículas metálicas en tiempo real. Sus hallazgos se publican en Physical Review B .
Las nanopartículas core-shell constituyen un tipo de material encapsulado dentro de otro y ofrecen propiedades que no están disponibles utilizando un solo material.
Cuando los materiales son metales, y uno se deposita encima del otro, ciertas características de los metales, por ejemplo, el tamaño del átomo y la energía superficial, significan que deben organizarse con un metal en particular como caparazón. Sin embargo, en la práctica, el resultado no siempre es el esperado y puede cambiar según el procedimiento experimental.
Los métodos para analizar los nanomateriales de núcleo y cubierta generalmente se aplican después de la síntesis, lo que brinda poca información sobre lo que sucede durante el proceso de formación. Por lo tanto, los investigadores desarrollaron una técnica que les permitió seguir la deposición y reestructuración del metal en tiempo real a temperatura ambiente.
"Nuestra técnica se basa en la idea de que si el metal de mayor energía superficial forma la capa, el área superficial de la partícula quiere minimizarse, por lo que aprieta la esfera", explica el primer autor Nobutomo Nakamura. "Sin embargo, si hay una interdifusión de los metales, la estructura de las partículas de núcleo y capa está más dispersa. Por lo tanto, rastreamos la diferencia en la forma de las partículas utilizando un resonador piezoeléctrico".
Cuando las nanopartículas de Au se recubren con Pd, los átomos de Au se difunden a la superficie de las partículas. Crédito:Nobutomo Nakamura et al.
Los cambios de forma fueron seguidos por el crecimiento de nanopartículas muy juntas en un sustrato y luego monitoreando la distancia entre partículas a través de la resistencia.
Si el campo eléctrico excitado por el resonador hizo que los electrones se movieran entre partículas que estaban separadas, entonces la resistencia era alta porque el flujo estaba interrumpido por los espacios. Sin embargo, si las partículas se extendían y tocaban, formando un camino continuo, entonces la resistencia disminuía. Luego, esta información se usó para interpretar lo que sucedía dentro de las partículas.
El sistema se utilizó para investigar tres combinaciones diferentes de dos metales, depositados en ambos órdenes. Se encontró que las deposiciones podían seguirse en tiempo real y la deposición de oro seguida de paladio condujo notablemente a la interdifusión, formando partículas de núcleo-corteza con una estructura opuesta al orden de deposición.
Estructura interna de nanopartículas de Pd/Au obtenida por simulación de dinámica molecular. Crédito:Nobutomo Nakamura et al.
"Nuestra técnica ofrece la oportunidad de afinar la preparación de nanopartículas bimetálicas de núcleo y cubierta", dice el profesor asociado Nakamura. "Se espera que este control conduzca al diseño personalizado de nanomateriales para aplicaciones como la detección de hidrógeno y el procesamiento sostenible".
El artículo, "Reestructuración en nanopartículas de núcleo y cubierta bimetálicas:observación en tiempo real", se publicó en Physical Review B . La cooperación multidisciplinaria conduce a catalizadores que son hasta 50 veces más efectivos
