Devido às suas exclusivas estruturas de casca oca e permeável com núcleos internos móveis, os nanocristais de casca de gema são adequados para uma ampla variedade de aplicações. Nanocristais de casca de gema que consistem em um núcleo de ouro com várias conchas semicondutoras foram desenvolvidos por pesquisadores da Tokyo Tech, usando um novo processo de troca iônica sequencial. Esses nanocristais de casca de gema de metal semicondutor podem servir como fotocatalisadores altamente eficazes para muitas aplicações.
Os nanocristais de casca de gema são materiais únicos com propriedades estruturais fascinantes, como casca permeável, espaço vazio interior e gema móvel. Esses nanocristais são adequados para uma variedade de aplicações, dependendo da escolha dos materiais utilizados para sua fabricação.

Por exemplo, se a superfície interna de suas conchas for reflexiva, os nanocristais de casca de gema podem ser um dispositivo fotovoltaico confiável. Um núcleo móvel pode atuar como um agitador, capaz de misturar soluções retidas dentro do invólucro. As superfícies interna e externa da casca fornecem muitos sítios ativos para reações, e as propriedades fascinantes da estrutura gema-casca (resultado de interações eletrônicas e transferência de carga entre as superfícies da estrutura) tornam esses nanocristais ideais para aplicações de fotocatálise. Compreensivelmente, os nanocristais de casca de gema ganharam a atenção de pesquisadores em todo o mundo.

Agora, em um estudo colaborativo publicado em ACS Applied Nano Materials , que também foi selecionado como o ACS Editors' Choice, uma equipe de pesquisa internacional liderada pelo Professor Associado Tso-Fu Mark Chang e Professor Assistente Chun-Yi Chen no Instituto de Tecnologia de Tóquio (Tokyo Tech) e Professor Yung-Jung Hsu no National A Universidade Yang Ming Chiao Tung, em Taiwan, desenvolveu várias estruturas de casca de gema contendo uma gema de ouro metálico (Au) com várias cascas de semicondutores. Tais estruturas aumentaram em popularidade em todo o mundo devido às suas propriedades fascinantes, devido aos seus núcleos de Au.

“Os nanocristais de casca de gema compostos por uma gema de metal e cascas de semicondutores são particularmente interessantes porque podem ser voltados para utilizações relacionadas ao transporte de massa, por exemplo, fotocatálise”, diz o professor Chen.

Para fazer os nanocristais, os pesquisadores empregaram um processo sequencial de troca iônica. O procedimento envolve a sulfidação delicada em um modelo de nanocristal Au@Cu2O core-shell (onde Au contribui para o núcleo e Cu2O para a formação da casca), seguido por uma reação de troca catiônica cineticamente controlada que permite a conversão da composição da casca (ou seja, Cu2O ) em vários sulfetos metálicos, que são semicondutores. Quatro amostras representativas de nanocristais de casca de gema, incluindo Au@Cu7S4, Au@CdS, Au@ZnS e Au@Ni3S4, foram sintetizadas para investigação dessa maneira (como mostrado na Figura 1).

O desempenho dessas estruturas gema-casca como fotocatalisadores foi avaliado usando espectroscopia de fotoelétrons de raios X (XPS) e espectroscopia de fotoluminescência de estado estacionário (PL).

Usando XPS, os pesquisadores descobriram que os núcleos metálicos e as conchas semicondutoras dos nanocristais têm interações eletrônicas favoráveis ​​para aplicações de fotocatálise. A espectroscopia de PL resolvida no tempo revelou que as nanoestruturas têm alta intensidade de PL, indicando alta atividade fotocatalítica, o que implica que elas são altamente capazes de absorver luz e gerar portadores de carga elétron-buraco (como mostrado na Figura 2).

"Em um cenário do mundo real, as reações facilitadas por elétrons e buracos fotoexcitados separados desempenham um papel na purificação ambiental, produzindo espécies reativas de oxigênio", explica o professor Chen, descrevendo um cenário no qual seus novos fotocatalisadores de casca de gema podem ser usados . Esses elétrons e lacunas fotoexcitados podem facilitar uma infinidade de reações, tornando os nanocristais de casca de gema aplicáveis ​​em muitos campos, como purificação ambiental, produção de hidrogênio e redução de dióxido de carbono. + Explorar mais

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