銀イオンは急いで、それから分散するのを待ちます: 稲の化学者は、金銀ナノ粒子からのイオンの段階的放出が有用な特性である可能性があることを示します

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ライス大学とドイツのデュイスブルクエッセン大学の化学者は、金-銀ナノ粒子合金からの銀イオンの放出を定量化しました。上部の透過型電子顕微鏡画像は、銀（青色）が数時間にわたってナノ粒子から浸出し、金原子を残したときの色の変化を示しています。下のハイパースペクトル画像は、銀が浸出するにつれて、銀と金のナノ粒子がXNUMX時間でどれだけ収縮したかを示しています。（単位：ライス大学）

要約：
それらにはナノ粒子に金が含まれており、以前は銀もたくさん含まれていました。しかし、銀の多くは浸出しており、研究者たちはその方法を知りたがっています。

銀イオンは急いで、分散するのを待ちます。米の化学者は、金銀ナノ粒子からのイオンの段階的放出が有用な特性である可能性があることを示しています

テキサス州ヒューストン| 23年2021月XNUMX日に投稿

金銀合金は、環境汚染物質を分解し、プラスチックや化学物質の生産を促進し、表面のバクテリアを殺す有用な触媒です。ナノ粒子の形では、これらの合金は光学センサーとして、または水素発生反応を触媒するのに役立つ可能性があります。

しかし、問題があります。シルバーは常に置かれているとは限りません。

ライス大学とドイツのデュイスブルクエッセン大学の科学者による新しい研究は、銀の散逸の背後にあるXNUMX段階のメカニズムを明らかにしています。これは、特定の用途向けにナノ粒子合金を微調整するのに役立つ可能性のある発見です。

米の化学者ChristyLandesとStephanLink、大学院生のAlexanderAl-ZubeidiとDuisburg-Essenの化学者StephanBarcikowskiが率いるチームは、高度な顕微鏡を使用して、金がナノ粒子を安定化するのに十分な銀を保持する方法を示しました。

彼らの研究は、American ChemicalSocietyのジャーナルACSNanoに掲載されています。

研究者らは、ハイパースペクトル暗視野イメージング顕微鏡を使用して、酸性溶液中に過剰の銀を含む金-銀合金ナノ粒子を研究しました。この技術により、彼らはプラズモン、つまり点火されたときに粒子の表面を横切って流れるエネルギーの波紋を引き起こすことができました。これらのプラズモンは、合金の組成によって変化する光を散乱させます。

「プラズモンの合金組成への依存性により、銀イオンの浸出速度をリアルタイムで記録することができました」と、研究の筆頭著者であるAl-Zubeidiは述べています。

Al-Zubeidiは、銀イオンはバクテリアに有毒であるため、金と銀の合金のフィルムが何十年もの間、しばしば抗菌コーティングとして使用されてきたことを指摘しました。「銀の放出メカニズムは合金膜の研究から示唆されていると思いますが、定量的な方法で証明されたことは一度もありません」と彼は言いました。

当初、銀イオンはナノ粒子から急速に浸出し、その結果、文字通り収縮します。プロセスが続くにつれて、ほとんどの場合、金の格子は時間の経過とともにすべての銀を放出しますが、粒子の約25％は異なる動作をし、銀の浸出は不完全です。

Al-Zubeidiは、彼らが観察したことは、金を操作して合金ナノ粒子を安定化できることを示唆していると述べた。

「通常、銀の浸出は私たちの条件下で約XNUMX時間続きます」と彼は言いました。「その後、第XNUMX段階では、反応は表面で発生しなくなります。代わりに、金の格子が再配列すると、銀イオンはこの金が豊富な格子を通って拡散し、表面に到達して酸化される可能性があります。それは反応速度をかなり遅くします。

「ある時点で、粒子は不動態化し、浸出は起こり得なくなります」とアルズベイディ氏は述べています。「粒子は安定します。これまでのところ、銀含有量が80％〜90％の粒子のみを調べましたが、銀含有量が約50％に達すると、多くの粒子が銀の浸出を停止することがわかりました。

「これは、触媒作用や電極触媒作用などのアプリケーションにとって興味深い構成になる可能性があります」と彼は言いました。「粒子が安定しているが、それでも銀のような特性がたくさんあるスイートスポットを約50％見つけたいと思っています。」

このような反応を理解することは、研究者がさまざまな用途向けの金銀触媒と電極触媒のライブラリを構築するのに役立つ可能性があります。

リンクは、ライスチームがレーザーアブレーションによるナノ粒子合成の分野のリーダーであるバルシコウスキーと協力する機会を歓迎したと述べた。「これにより、さまざまな組成を持ち、安定化リガンドを含まない合金ナノ粒子を作成することが可能になります」と彼は言いました。

「私たちの側から、ハイパースペクトルイメージングを介して並行して多くの単一合金ナノ粒子から銀イオンが浸出するプロセスを研究するための完璧な技術がありました」とLandes氏は付け加えました。「単一粒子アプローチのみが、粒子内および粒子間の形状を解決することができました。」

「この取り組みにより、独自の電気化学的、光学的、電子的特性を備えたナノ構造の触媒と新しい材料を生成する新しいアプローチが可能になります」と、米陸軍戦闘能力コマンドの陸軍研究所の要素である陸軍研究所の電気化学プログラムマネージャーであるロバートマンツは述べています。研究所。「触媒を調整する能力は、電力貯蔵と発電に関連する兵士の体重を減らし、新しい材料の合成を可能にするという目標を達成するために重要です。」

この論文の共著者は、ライスの大学院生であるシャーロット・フラテボとセイイェド・アリ・ホセイニ・ジェベリ、デュイスブルク・エッセンの大学院生であるフレデリック・スタインと研究者のクリストフ・レーボックです。リンクは、化学と電気およびコンピューター工学の教授です。ランデスは、化学、電気およびコンピューターエンジニアリング、化学および生体分子工学の教授です。 Barcikowskiは、Technical ChemistryInstituteおよびDuisburg-EssenのCentreforNanointegrationの化学教授です。

陸軍研究室、国防科学工学大学院フェローシップ、ロバートA.ウェルチ財団、国立科学財団、ドイツ研究財団がこの研究を支援しました。

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ライス大学について
ヒューストンの300エーカーの森林に覆われたキャンパスに位置するライス大学は、US News＆World Reportにより、一貫して全米トップ20の大学にランクされています。ライスは、建築、ビジネス、継続研究、工学、人文科学、音楽、自然科学、社会科学の学校を高く評価しており、ベイカー公共政策研究所の本拠地です。 3,978人の学部生と3,192人の大学院生を抱えるライスの学部生と教員の比率は、6対1をわずかに下回っています。その寄宿制大学システムは、緊密なコミュニティと生涯にわたる友情を築き上げています。これは、ライスが多くの人種/クラスの交流で1位、プリンストンレビューで生活の質で1位にランクされている理由のXNUMXつです。ライスはまた、キプリンガーのパーソナルファイナンスによって私立大学の中で最高の価値として評価されています。

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