Les atomes métalliques des nanoparticules peuvent apparaître à la surface lorsque les nanoparticules sont recouvertes d'un métal différent. Crédit :Nobutomo Nakamura et al.
Les nanoparticules sont importantes dans de nombreuses disciplines car leur surface élevée par rapport à leur volume leur confère des propriétés intéressantes. La poursuite du développement des méthodes d'analyse des nanoparticules est donc cruciale. Des chercheurs de l'Université d'Osaka ont rapporté un moyen de caractériser la formation d'un type particulier de nanoparticules métalliques en temps réel. Leurs conclusions sont publiées dans Physical Review B .
Les nanoparticules cœur-coquille constituent un type de matériau encapsulé dans un autre et offrent des propriétés qui ne sont pas disponibles avec un seul matériau.
Lorsque les matériaux sont des métaux et que l'un est déposé au-dessus de l'autre, certaines caractéristiques des métaux - par exemple la taille de l'atome et l'énergie de surface - signifient qu'ils doivent s'organiser avec un métal particulier comme coque. Cependant, en pratique, le résultat n'est pas toujours celui attendu et peut changer en fonction de la procédure expérimentale.
Les méthodes d'analyse des nanomatériaux cœur-coquille sont généralement appliquées après la synthèse, ce qui donne peu d'informations sur ce qui se passe pendant le processus de formation. Les chercheurs ont donc développé une technique qui leur a permis de suivre en temps réel le dépôt et la restructuration du métal à température ambiante.
"Notre technique est basée sur l'idée que si le métal à énergie de surface plus élevée forme la coque, la surface de la particule veut minimiser donc elle resserre la sphère", explique le premier auteur Nobutomo Nakamura. "Cependant, s'il y a interdiffusion des métaux, la structure des particules noyau-coquille est plus dispersée. Nous avons donc suivi la différence de forme des particules à l'aide d'un résonateur piézoélectrique."
Lorsque les nanoparticules d'Au sont recouvertes de Pd, les atomes d'Au diffusent à la surface des particules. Crédit :Nobutomo Nakamura et al.
Les changements de forme ont été suivis en faisant croître des nanoparticules très proches les unes des autres sur un substrat, puis en surveillant la distance interparticulaire à travers la résistance.
Si le champ électrique excité par le résonateur provoquait le déplacement d'électrons entre des particules espacées, la résistance était élevée car le flux était interrompu par les espaces. Cependant, si les particules se propagent et se touchent, formant un chemin continu, la résistance diminue. Ces informations ont ensuite été utilisées pour interpréter ce qui se passait à l'intérieur des particules.
Le système a été utilisé pour étudier trois combinaisons différentes de deux métaux, déposés dans les deux ordres. Il a été constaté que les dépôts pouvaient être suivis en temps réel et les dépôts d'or suivis de palladium conduisaient notamment à une interdiffusion, formant des particules cœur-coquille de structure opposée à l'ordre de dépôt.
Structure interne d'une nanoparticule de Pd/Au obtenue par simulation de dynamique moléculaire. Crédit :Nobutomo Nakamura et al.
"Notre technique offre la possibilité d'affiner la préparation de nanoparticules bimétalliques cœur-coquille", déclare le professeur agrégé Nakamura. "Ce contrôle devrait conduire à la conception personnalisée de nanomatériaux pour des applications telles que la détection d'hydrogène et le traitement durable."
L'article, "Restructuration dans les nanoparticules bimétalliques cœur-coquille :observation en temps réel", a été publié dans Physical Review B . La coopération multidisciplinaire conduit à des catalyseurs jusqu'à 50 fois plus efficaces
