Благодаря своей уникальной проницаемой структуре полой оболочки с внутренним подвижным ядром нанокристаллы оболочки желтка подходят для широкого спектра применений. Нанокристаллы желточной оболочки, состоящие из золотого ядра с различными полупроводниковыми оболочками, были разработаны исследователями Tokyo Tech с использованием нового последовательного ионообменного процесса. Эти нанокристаллы металл-полупроводник с оболочкой желтка могут служить высокоэффективными фотокатализаторами для многих приложений.
Нанокристаллы желточной оболочки представляют собой уникальные материалы с интересными структурными свойствами, такими как проницаемая оболочка, внутреннее пустое пространство и подвижный желток. Эти нанокристаллы подходят для различных применений, в зависимости от выбора материалов, используемых для их изготовления.
Например, если внутренняя поверхность их оболочек отражающая, нанокристаллы оболочки желтка могут стать надежным фотогальваническим устройством. Подвижное ядро может действовать как мешалка, способная перемешивать растворы, содержащиеся в оболочке. Внутренняя и внешняя поверхности скорлупы обеспечивают множество активных мест для реакций, а удивительные свойства структуры желтка и скорлупы (результат электронных взаимодействий и переноса заряда между поверхностями структуры) делают эти нанокристаллы идеальными для приложений фотокатализа. Понятно, что нанокристаллы скорлупы желтка привлекли внимание исследователей во всем мире.
Теперь, в совместном исследовании, опубликованном в ACS Applied Nano Materials, которое также было выбрано в качестве «Выбора редакции ACS», международная исследовательская группа во главе с доцентом Цо-Фу Марком Чангом и доцентом Чун-Йи Ченом из Токийского технологического института ( Tokyo Tech) и профессор Yung-Jung Hsu из Национального университета Ян Мин Цзяо Тунг на Тайване разработали несколько структур оболочки желтка, содержащих желток из металлического золота (Au) с различными полупроводниковыми оболочками. Популярность таких структур во всем мире возросла благодаря их удивительным свойствам, обусловленным их сердцевинами из золота.
«Нанокристаллы желточной оболочки, состоящие из металлического желтка и полупроводниковых оболочек, представляют особый интерес, поскольку их можно использовать для массопереноса, например, для фотокатализа», — говорит профессор Чен.
Чтобы сделать нанокристаллы, исследователи использовали последовательный процесс ионного обмена. Процедура включает деликатное сульфидирование на шаблоне нанокристаллов ядро-оболочка Au@Cu2O (где Au вносит вклад в ядро, а Cu2O в формирование оболочки) с последующей кинетически контролируемой реакцией катионного обмена, которая позволяет преобразовать состав оболочки (т.е. Cu2O ) в различные сульфиды металлов, которые являются полупроводниками. Таким образом, для исследования были синтезированы четыре репрезентативных образца нанокристаллов желточной оболочки, включая Au@Cu7S4, Au@CdS, Au@ZnS и Au@Ni3S4
Эффективность этих структур оболочки желтка в качестве фотокатализаторов оценивали с использованием рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (XPS) и стационарной фотолюминесцентной (PL) спектроскопии.
Используя XPS, исследователи обнаружили, что металлические ядра и полупроводниковые оболочки нанокристаллов имеют электронные взаимодействия, благоприятные для приложений фотокатализа. ФЛ-спектроскопия с временным разрешением показала, что наноструктуры имеют высокую интенсивность фотолюминесценции, что свидетельствует о высокой фотокаталитической активности, подразумевая, что они обладают высокой способностью поглощать свет и генерировать электронно-дырочные носители заряда.
«В реальном сценарии реакции, которым способствуют разделенные фотовозбужденные электроны и дырки, играют роль в очистке окружающей среды, производя активные формы кислорода », — объясняет профессор Чен, описывая один сценарий, в котором могут быть использованы их новые фотокатализаторы желточной оболочки. . Эти фотовозбужденные электроны и дырки могут способствовать множеству реакций, что делает нанокристаллы оболочки желтка применимыми во многих областях, таких как очистка окружающей среды, производство водорода и сокращение углекислого газа.
