Благодаря своей уникальной проницаемой структуре полой оболочки с внутренним подвижным ядром нанокристаллы оболочки желтка подходят для широкого спектра применений. Нанокристаллы желточной оболочки, состоящие из золотого ядра с различными полупроводниковыми оболочками, были разработаны исследователями Tokyo Tech с использованием нового последовательного ионообменного процесса. Эти нанокристаллы металл-полупроводник с оболочкой желтка могут служить высокоэффективными фотокатализаторами для многих приложений.

Нанокристаллы желточной оболочки представляют собой уникальные материалы с интересными структурными свойствами, такими как проницаемая оболочка, внутреннее пустое пространство и подвижный желток. Эти нанокристаллы подходят для различных применений, в зависимости от выбора материалов, используемых для их изготовления.

Например, если внутренняя поверхность их оболочек отражающая, нанокристаллы оболочки желтка могут стать надежным фотогальваническим устройством. Подвижное ядро ​​может действовать как мешалка, способная перемешивать растворы, содержащиеся в оболочке. Внутренняя и внешняя поверхности скорлупы обеспечивают множество активных мест для реакций, а удивительные свойства структуры желтка и скорлупы (результат электронных взаимодействий и переноса заряда между поверхностями структуры) делают эти нанокристаллы идеальными для приложений фотокатализа. Понятно, что нанокристаллы скорлупы желтка привлекли внимание исследователей во всем мире.

Теперь, в совместном исследовании, опубликованном в ACS Applied Nano Materials, которое также было выбрано в качестве «Выбора редакции ACS», международная исследовательская группа во главе с доцентом Цо-Фу Марком Чангом и доцентом Чун-Йи Ченом из Токийского технологического института ( Tokyo Tech) и профессор Yung-Jung Hsu из Национального университета Ян Мин Цзяо Тунг на Тайване разработали несколько структур оболочки желтка, содержащих желток из металлического золота (Au) с различными полупроводниковыми оболочками. Популярность таких структур во всем мире возросла благодаря их удивительным свойствам, обусловленным их сердцевинами из золота.

«Нанокристаллы желточной оболочки, состоящие из металлического желтка и полупроводниковых оболочек, представляют особый интерес, поскольку их можно использовать для массопереноса, например, для фотокатализа», — говорит профессор Чен.

Чтобы сделать нанокристаллы, исследователи использовали последовательный процесс ионного обмена. Процедура включает деликатное сульфидирование на шаблоне нанокристаллов ядро-оболочка Au@Cu2O (где Au вносит вклад в ядро, а Cu2O в формирование оболочки) с последующей кинетически контролируемой реакцией катионного обмена, которая позволяет преобразовать состав оболочки (т.е. Cu2O ) в различные сульфиды металлов, которые являются полупроводниками. Таким образом, для исследования были синтезированы четыре репрезентативных образца нанокристаллов желточной оболочки, включая Au@Cu7S4, Au@CdS, Au@ZnS и Au@Ni3S4

Эффективность этих структур оболочки желтка в качестве фотокатализаторов оценивали с использованием рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (XPS) и стационарной фотолюминесцентной (PL) спектроскопии.

Используя XPS, исследователи обнаружили, что металлические ядра и полупроводниковые оболочки нанокристаллов имеют электронные взаимодействия, благоприятные для приложений фотокатализа. ФЛ-спектроскопия с временным разрешением показала, что наноструктуры имеют высокую интенсивность фотолюминесценции, что свидетельствует о высокой фотокаталитической активности, подразумевая, что они обладают высокой способностью поглощать свет и генерировать электронно-дырочные носители заряда.

«В реальном сценарии реакции, которым способствуют разделенные фотовозбужденные электроны и дырки, играют роль в очистке окружающей среды, производя активные формы кислорода », — объясняет профессор Чен, описывая один сценарий, в котором могут быть использованы их новые фотокатализаторы желточной оболочки. . Эти фотовозбужденные электроны и дырки могут способствовать множеству реакций, что делает нанокристаллы оболочки желтка применимыми во многих областях, таких как очистка окружающей среды, производство водорода и сокращение углекислого газа.