Ограняем золото серебром

Практически в каждой работе, посвященной получению наночастиц, описывается не только их размер, но и форма. При этом форму частиц обычно воспринимают как данность, не задумываясь над тем, что ее обуславливает. В тоже время, проблема получения наночастиц заданной формы стоит довольно остро. Это актуально, например, для их применения в катализе: наночастицы одинакового состава и близкого размера могут проявлять совершенно разные каталитические свойства, связанные с их разной морфологией.

Частицы различной (правильной) формы имеют в качестве граней различные кристаллографические плоскости. При термодинамическом контроле форма наночастиц определяется минимальной суммарной поверхностной энергией. Например, для золота (ГЦК решетка) минимальную поверхностную энергию имеют грани {111}, в результате чего в обычном режиме роста получаются октаэдрические наночастицы, ограниченные как раз этими кристаллографическими плоскостями.

Рис. 1. Формы получаемых наночастиц.

Меняя свободную энергию и/или скорость роста различных граней, можно получать наночастицы совершенно разной формы. Группа американских ученых попыталась варьировать поверхностную энергию граней растущих наночастиц золота за счет добавления различных количеств катионов серебра. Нужно заметить, что добавлять серебро в раствор с растущими наночастицами золота уже пытались, но не проводили систематических исследований влияния их концентрации на форму образующихся частиц.

Рис. 2. Схема различных кристаллографических граней золота и адсорбции на них серебра.

Согласно данным рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии, серебро осаждается на поверхность золота через реализацию процесса «дофазового осаждения»^*. Причем, чем больше концентрация серебра, тем с большей поверхностной энергией (для случая отсутствия серебра) удается стабилизировать грань.

По мере увеличения концентрации серебра получались сначала октаэдры, огрниченные гранями {111}, затем ромбо-додекаэдры с гранями {110}, усеченные тетрагональные призмы с гранями {310} и, наконец, кубы с вогнутыми стенками {720}.

Рис. 3. Зависимость формы частиц и количества адсорбированного на их поверхности серебра от его концентрации в растворе.

^* Примечние NNN: Принято считать, что на подложке из металла M₁, отличного по своей природе от осаждаемого металла М₂, в очень многих случаях процесс осаждения начинается с образования моноатомного слоя, а возникновение и развитие кристаллических зародышей совершается уже на этом слое. Осаждение первого монослоя металла на чужеродной подложке наблюдается при потенциале более положительном, чем равновесный потенциал выделяющегося металла в данном растворе, т. е. при данной активности его ионов. В связи с этим в зарубежной литературе широко используется термин «допотенциальное осаждение» (underpotential deposition), который при буквальном его переводе на русский не передает сущности явления, вместо него поэтому используются термины «осаждение при недонапряжении» или «дофазовое осаждение» (по материалам nanometer.ru).

Результаты исследований опубликованы в статье:

Michelle L. Personick, Mark R. Langille, Jian Zhang, and Chad A. Mirkin Shape Control of Gold Nanoparticles by Silver Underpotential Deposition. – Nano Lett. – DOI: 10.1021/nl201796s; Publication Date: July 1, 2011.

Источник(и):

1. nanometer.ru