Zilverionen haasten zich en wachten dan terwijl ze zich verspreiden: rijstchemici tonen aan dat de gefaseerde afgifte van ionen uit goud-zilver nanodeeltjes een nuttige eigenschap kan zijn

Heruitgegeven door Plato

volgers: 0

Home > Media > Zilverionen haasten zich en wachten dan terwijl ze zich verspreiden: Rijstchemici tonen aan dat de gefaseerde afgifte van ionen uit goud-zilveren nanodeeltjes nuttig zou kunnen zijn

Chemici van de Rice University en de Universiteit van Duisburg-Essen, Duitsland, hebben de afgifte van zilverionen uit goud-zilver-nanodeeltjeslegeringen gekwantificeerd. Bovenaan laten transmissie-elektronenmicroscoopbeelden de kleurverandering zien terwijl zilver (in het blauw) gedurende enkele uren uit een nanodeeltje lekt, waardoor goudatomen achterblijven. De onderste hyperspectrale beelden laten zien hoeveel een nanodeeltje van zilver en goud in vier uur tijd kromp terwijl het zilver weglekte. (Credit: Rice Universiteit)

Abstract:
Er zit goud in de nanodeeltjes, en vroeger zat er ook veel zilver. Maar een groot deel van het zilver is weggeloogd en onderzoekers willen weten hoe.

Zilverionen schieten op en wachten dan terwijl ze zich verspreiden: rijstchemici tonen aan dat de gefaseerde afgifte van ionen uit goud-zilvernanodeeltjes een nuttige eigenschap kan zijn

Houston, Texas | Geplaatst op 23 april 2021

Goud-zilverlegeringen zijn nuttige katalysatoren die onder meer milieuverontreinigende stoffen afbreken, de productie van kunststoffen en chemicaliën vergemakkelijken en bacteriën op oppervlakken doden. In de vorm van nanodeeltjes zouden deze legeringen nuttig kunnen zijn als optische sensoren of om waterstofevolutiereacties te katalyseren.

Maar er is een probleem: zilver blijft niet altijd op zijn plaats.

Een nieuwe studie door wetenschappers van de Rice University en de Universiteit van Duisburg-Essen, Duitsland, onthult een tweestapsmechanisme achter de dissipatie van zilver, een ontdekking die de industrie zou kunnen helpen nanodeeltjeslegeringen te verfijnen voor specifieke toepassingen.

Het team onder leiding van Rice-chemici Christy Landes en Stephan Link en afgestudeerde student Alexander Al-Zubeidi en Duisburg-Essen-chemicus Stephan Barcikowski maakten gebruik van geavanceerde microscopie om te laten zien hoe goud voldoende zilver zou kunnen vasthouden om het nanodeeltje te stabiliseren.

Hun studie verschijnt in het American Chemical Society-tijdschrift ACS Nano.

De onderzoekers gebruikten een hyperspectrale donkerveldbeeldmicroscoop om nanodeeltjes van goud-zilverlegeringen te bestuderen die een overmaat aan zilver bevatten in een zure oplossing. Dankzij deze techniek konden ze plasmonen activeren, energierimpelingen die over het oppervlak van deeltjes stromen als ze worden aangestoken. Deze plasmonen verstrooien licht dat verandert met de samenstelling van de legering.

“Door de afhankelijkheid van het plasmon van de samenstelling van de legering konden we de uitlogkinetiek van zilverionen in realtime registreren”, zegt Al-Zubeidi, hoofdauteur van het onderzoek.

Al-Zubeidi merkte op dat films van goud- en zilverlegeringen al tientallen jaren worden gebruikt, vaak als antibacteriële coatings, omdat zilverionen giftig zijn voor bacteriën. "Ik denk dat het mechanisme voor het vrijgeven van zilver is geïmpliceerd uit onderzoeken naar legeringsfilms, maar het is nooit op kwantitatieve wijze bewezen," zei hij.

Zilverionen lekken aanvankelijk snel uit nanodeeltjes, die daardoor letterlijk krimpen. Naarmate het proces vordert, geeft het goudrooster in de meeste gevallen na verloop van tijd al het zilver vrij, maar ongeveer 25% van de deeltjes gedraagt zich anders en de uitloging van zilver is onvolledig.

Al-Zubeidi zei dat wat ze observeerden erop wijst dat goud kan worden gemanipuleerd om de nanodeeltjes van de legering te stabiliseren.

“Gewoonlijk zou het uitlogen van zilver onder onze omstandigheden ongeveer twee uur duren,” zei hij. “In de tweede fase vindt de reactie niet langer aan de oppervlakte plaats. In plaats daarvan moeten de zilverionen, terwijl het goudrooster herschikt, door dit goudrijke rooster diffunderen om het oppervlak te bereiken, waar ze kunnen worden geoxideerd. Dat vertraagt de reactiesnelheid aanzienlijk.

“Op een gegeven moment worden de deeltjes gepassiveerd en kan er geen uitloging meer plaatsvinden”, zegt Al-Zubeidi. “De deeltjes worden stabiel. Tot nu toe hebben we alleen gekeken naar deeltjes met een zilvergehalte van 80%-90%, en we ontdekten dat veel van de deeltjes stoppen met het uitlogen van zilver wanneer ze een zilvergehalte van ongeveer 50% bereiken.

“Dat zou een interessante samenstelling kunnen zijn voor toepassingen als katalyse en elektrokatalyse”, zei hij. "We willen graag een goede plek vinden rond de 50%, waar de deeltjes stabiel zijn maar nog steeds veel van hun zilverachtige eigenschappen hebben."

Het begrijpen van dergelijke reacties zou onderzoekers kunnen helpen een bibliotheek van goud-zilverkatalysatoren en elektrokatalysatoren voor verschillende toepassingen op te bouwen.

Link zei dat het Rice-team de mogelijkheid verwelkomde om samen te werken met Barcikowski, een leider op het gebied van de synthese van nanodeeltjes via laserablatie. “Dit maakt het mogelijk om gelegeerde nanodeeltjes te maken met verschillende samenstellingen en vrij van stabiliserende liganden,” zei hij.

“Van onze kant hadden we de perfecte techniek om het proces van het uitlekken van zilverionen uit vele enkelgelegeerde nanodeeltjes parallel te bestuderen via hyperspectrale beeldvorming,” voegde Landes eraan toe. "Alleen een benadering met één deeltje was in staat de intra- en interdeeltjesgeometrie op te lossen."

“Deze inspanning zal een nieuwe aanpak mogelijk maken om nanogestructureerde katalysatoren en nieuwe materialen met unieke elektrochemische, optische en elektronische eigenschappen te genereren”, zegt Robert Mantz, programmamanager voor elektrochemie bij het Army Research Office, onderdeel van het Army Research Office van het Army Combat Capabilities Command. Laboratorium. "Het vermogen om katalysatoren op maat te maken is belangrijk om het doel te bereiken van het verminderen van het door soldaten gedragen gewicht dat gepaard gaat met energieopslag en -opwekking en om de synthese van nieuwe materialen mogelijk te maken."

Co-auteurs van het artikel zijn Rice-studenten Charlotte Flatebo en Seyyed Ali Hosseini Jebeli en Duisburg-Essen-student Frederic Stein en onderzoeker Christoph Rehbock. Link is hoogleraar scheikunde en elektrotechniek en computertechniek. Landes is hoogleraar scheikunde en elektrische en computertechniek en chemische en biomoleculaire technologie. Barcikowski is hoogleraar scheikunde aan het Technisch Chemisch Instituut en het Centrum voor Nano-integratie in Duisburg-Essen.

Het Army Research Office, een National Defense Science and Engineering Graduate Fellowship, de Robert A. Welch Foundation, de National Science Foundation en de German Research Foundation steunden het onderzoek.

####

Over Rice University
Rice University, gelegen op een beboste campus van 300 hectare in Houston, wordt consequent gerangschikt onder de 20 beste universiteiten van het land door US News & World Report. Rice heeft zeer gerespecteerde scholen voor Architectuur, Bedrijfskunde, Voortgezette Studies, Techniek, Geesteswetenschappen, Muziek, Natuurwetenschappen en Sociale Wetenschappen en is de thuisbasis van het Baker Institute for Public Policy. Met 3,978 studenten en 3,192 afgestudeerde studenten is de verhouding tussen studenten en faculteiten van Rice net onder de 6-tegen-1. Het residentiële college-systeem bouwt hechte gemeenschappen en levenslange vriendschappen op, slechts één reden waarom Rice volgens de Princeton Review nr. 1 is voor veel interactie tussen ras en klasse en nr. 1 voor kwaliteit van leven. Rijst wordt door Kiplinger's Personal Finance ook beoordeeld als de beste waarde onder particuliere universiteiten.

Volg Rice News en Media Relations via Twitter @RiceUNews.

Voor meer informatie, klik hier

Kontakte:
Jef Falk
713-348-6775

Mike Williams
713-348-6728

Auteursrecht © Rice University

Als u een opmerking heeft, alstublieft Neem contact op met ons op.

Uitgevers van nieuwsberichten, niet 7th Wave, Inc. of Nanotechnology Now, zijn zelf verantwoordelijk voor de juistheid van de inhoud.

Bladwijzer: