Átomos de metal em nanopartículas podem aparecer na superfície quando as nanopartículas são revestidas com um metal diferente. Crédito:Nobutomo Nakamura et al.
As nanopartículas são importantes em muitas disciplinas porque sua alta área superficial comparada com seu volume lhes confere propriedades interessantes. O desenvolvimento contínuo de métodos analíticos para nanopartículas é, portanto, crucial. Pesquisadores da Universidade de Osaka relataram uma maneira de caracterizar a formação de um tipo particular de nanopartículas metálicas em tempo real. Suas descobertas são publicadas na
Physical Review B .
As nanopartículas núcleo-casca constituem um tipo de material encapsulado dentro de outro e oferecem propriedades que não estão disponíveis usando apenas um material.
Quando os materiais são metais, e um é depositado em cima do outro, certas características dos metais – por exemplo, o tamanho do átomo e a energia de superfície – significam que eles devem se organizar com um metal em particular como a casca. Porém, na prática, o resultado nem sempre é o esperado e pode mudar dependendo do procedimento experimental.
Métodos para analisar nanomateriais core-shell são geralmente aplicados após a síntese, fornecendo pouca informação sobre o que está acontecendo durante o processo de formação. Os pesquisadores, portanto, desenvolveram uma técnica que lhes permitiu acompanhar a deposição e reestruturação do metal em tempo real à temperatura ambiente.
“Nossa técnica é baseada na ideia de que, se o metal de maior energia superficial forma a casca, a área da superfície da partícula quer minimizar para que ela aperte a esfera”, explica o primeiro autor Nobutomo Nakamura. "No entanto, se houver interdifusão dos metais, a estrutura das partículas núcleo-casca é mais dispersa. Portanto, rastreamos a diferença na forma das partículas usando um ressonador piezoelétrico."
Quando as nanopartículas de Au são revestidas com Pd, os átomos de Au se difundem para a superfície das partículas. Crédito:Nobutomo Nakamura et al.
As mudanças de forma foram seguidas pelo crescimento das nanopartículas muito próximas umas das outras em um substrato e, em seguida, monitorando a distância entre as partículas através da resistência.
Se o campo elétrico excitado pelo ressonador fazia com que os elétrons se movessem entre partículas que estavam espaçadas, então a resistência era alta porque o fluxo era interrompido pelas lacunas. No entanto, se as partículas se espalharem e se tocarem, formando um caminho contínuo, a resistência diminuirá. Essa informação foi então usada para interpretar o que estava acontecendo dentro das partículas.
O sistema foi usado para investigar três combinações diferentes de dois metais, depositados em ambas as ordens. Verificou-se que as deposições podem ser acompanhadas em tempo real e a deposição de ouro seguida de paládio levou notavelmente à interdifusão, formando partículas núcleo-casca com estrutura oposta à ordem de deposição.
Estrutura interna de nanopartículas de Pd/Au obtidas por simulação de dinâmica molecular. Crédito:Nobutomo Nakamura et al.
"Nossa técnica oferece a oportunidade de ajustar a preparação de nanopartículas de núcleo-casca bimetálicas", diz o Professor Associado Nakamura. "Espera-se que este controle leve ao design personalizado de nanomateriais para aplicações como detecção de hidrogênio e processamento sustentável".
O artigo, "Reestruturação em nanopartículas bimetálicas de núcleo-casca:observação em tempo real", foi publicado na
Physical Review B .
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