纳米粒子含有金，过去含有大量银。但是大部分银已经丢失了，研究人员想知道是如何丢失的。金银合金是一种有用的催化剂，可以降解环境污染物，促进塑料和化学品的生产，并杀死表面细菌。以纳米粒子的形式，这些合金可以用作光学传感器或催化析氢反应。
但有一个问题：白银并不总是保持不变。
德国莱斯大学和杜伊斯堡-埃森大学的科学家们的一项新研究揭示了银耗散背后的两步机制，这可以帮助工业微调特定应用的纳米粒子合金。
莱斯化学家克里斯蒂兰德斯(Christy Landes)和斯蒂芬林克(Stephan Link)领导的团队，以及研究生亚历山大祖贝迪(Alexander Al-Zubeidi)和杜伊斯堡-埃森大学化学家斯蒂芬巴尔茨科夫斯基(Stephan Barcikowski)使用复杂的显微镜展示了金是如何保留足够的银来稳定纳米粒子的。
他们的研究发表在美国化学学会杂志《纳米化学》(ACS Nano)上。
研究人员使用高光谱暗场成像显微镜研究酸性溶液中含有过量银的金银合金纳米粒子。这项技术使它们能够触发等离子体激元，即粒子发光时流经粒子表面的能量波纹。这些等离子体散射随合金成分变化的光。
“等离子体对合金成分的依赖性使我们能够实时记录银离子的浸出动力学，”该研究的主要作者阿尔祖贝迪说。
Al-Zubeidi指出，金银合金薄膜已经使用了几十年，通常用作抗菌涂层，因为银离子对细菌有毒性。“我认为银的释放机制已经从合金薄膜的研究中得到暗示，但它从未得到定量证实，”他说。
一开始银离子很快从纳米粒子中浸出，结果其实是下降了。随着这一过程的继续，在大多数情况下，随着时间的推移，金晶格将释放所有的银，但是大约25%的颗粒表现不同，并且银浸出是不完全的。
铝祖贝迪说，他们观察到的结果表明，可以操纵金来稳定合金纳米粒子。
“在我们的条件下，银浸出通常持续大约两个小时，”他说。“然后在第二阶段，反应不再发生在表面。相反，随着金晶格的重排，银离子必须通过这个富含金的晶格扩散到表面，在那里被氧化。这样会大大减缓反应。
“在某个时候，颗粒将被钝化，不会再发生浸出，”祖贝迪说。“粒子变得稳定了。到目前为止，我们只研究了银含量为80%-90%的颗粒，发现当银含量达到50%左右时，许多颗粒停止浸出银。
“这可能是一个有趣的应用组合物，如催化和电催化，”他说。“我们希望找到50%左右的最佳点，在这个点上粒子是稳定的，但仍有许多类似银的特性。”
了解这一反应可以帮助研究人员建立一个适用于各种应用的金银催化剂和电催化剂库。
林克说，赖斯团队很高兴有机会与巴尔茨科夫斯基合作，他是激光烧蚀合成纳米粒子领域的领导者。“这使得制造具有各种成分且没有稳定配体的合金纳米粒子成为可能，”他说。
“从我们的角度来看，我们有完美的技术来通过高光谱成像研究银离子从许多单一合金纳米粒子中平行浸出的过程，”兰德斯补充说。"只有单粒子方法可以分析粒子内部和粒子之间的几何形状。"
美国陆军作战能力司令部陆军研究部陆军研究办公室电化学项目经理罗伯特曼茨(Robert Mantz)表示：“这项工作将为生产纳米结构催化剂和具有独特电化学、光学和电子特性的新材料提供一种新方法。”实验室。“定制催化剂的能力对于实现减轻士兵所承担的与储能和发电相关的重量以及实现新材料合成的目标非常重要。”
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