КРОШЕЧНЫЕ ВОСЬМИЛУЧЕВЫЕ ЗВЕЗДЫ ДЛЯ КАТАЛИЗА И СЕНСОРОВ

КРОШЕЧНЫЕ ВОСЬМИЛУЧЕВЫЕ ЗВЕЗДЫ ДЛЯ КАТАЛИЗА И СЕНСОРОВ

Исследователи из Университета Райса получили наноразмерные восьмилучевые звезды, которые одновременно могут и выполнять каталитическую функцию, и работать в качестве плазмонных сенсоров.

Катализаторами являются вещества, ускоряющие химические процессы; катализ важен для многих областей – нефтехимия, фармхимия, пищевая химия. В настоящее время сильно распространены каталитические системы на основе металлических платины и палладия, помимо промышленных реакторов платиновые и палладиевые катализаторы можно обнаружить в автомобильных конверторах.

Плазмоны – электронные волны, которые испытывают колебания в частицах, как правило металлических, при их возбуждении светом. Плазмонные металлы, как, например, серебро и золото, могут применяться для обнаружения интересующих исследователей веществ в биохимии и аналитической химии.

Рисунок из Scientific Reports, 2015; 5: 17431 DOI: 10.1038/srep17431

Известно, что плазмонные материалы не отличаются эффективными каталитическими свойствами, а катализаторы редко подходят для плазмоники. По словам Эмили Ринге (Emilie Ringe), специалиста по материаловедению и наноинженерии из Университета Райса, правильная комбинация «2-в-1» могла бы оказаться весьма полезной для решения и промышленных, и научных задач.

Ринге отмечает, что плазмонные частицы можно назвать «магнитами для света»; при облучении светом эти частицы могут генерировать электрические поля значительной напряженности, которые могут управлять протеканием химических процессов. Исследовательница считает, что комбинация электрических свойств плазмонных частиц с каталитически активной поверхностью может стать новым фактором управления химическими реакциями, именно поэтому Ринге с коллегами изучает частицы, в которых одновременно могут присутствовать палладий и золото. В рамках такого исследовательского процесса исследователи получили восьмилучевые кристаллы золота и нанесли на эти кристаллы золото-палладиевый сплав. Полученные системы оказались эффективными катализаторами и хорошими сенсорами.

Как заявляет Ринге, простое смешение золота и палладия приводит к образованию материала, который обладает посредственными каталитическими и плохими плазмонными свойствами, поскольку палладий не притягивает к себе свет так, как это делает золото. Тем не менее, новые структуры, ядром которых является золото, а палладий сосредоточен на лучах системы, сохраняли и каталитические, и плазмонные свойства. Немаловажно и то, что исследователям удалось разработать методику, позволяющую изучать свойства новых нанообъектов в реальном времени, оптимизировать их свойства.

Исследователи проанализировали восьмиконечные нанозвезды с помощью различных инструментов, включая электронный микроскоп Университета Райса Titan Themis, один из наиболее мощных электронных микроскопов в мире. Применение электронного микроскопа подтвердило то, что даже при наличии на частице палладия, она могла проявлять те же плазмонные свойства, что были характерны для частицы из чистого золота.

Для построения трехмерных карт электромагнитных полей, образующихся при возбуждении плазмонов светом, исследователи применяли спектроскопию потерь энергии, катодолюминесценцию и энергодисперсионную рентгеновскую спектроскопию. Было обнаружено, что сильные поля возникали в остриях, богатых палладием – там, где вероятность возбуждения плазмонов была минимальной. В планах Ринге синтез многофункциональных частиц другой формы.

Источник: Scientific Reports, 2015; 5: 17431 DOI: 10.1038/srep17431