Tijdens zaadgemedieerde groei, de Pd-Au nano-heterostructuur kan ofwel centrosymmetrische Pd@Au core-shell trisoctahedra of asymmetrische Pd-Au heterodimeren zijn. Wat veroorzaakt het breken van de symmetrie van bimetaal nano-heterostructuren? Een recente studie stelt voor dat de thermodynamische factor een sleutelrol speelt bij het breken van de symmetrie van bimetaal nano-heterostructuren tijdens zaadgemedieerde groei.

Op het gebied van nanomaterialen, controle van de symmetrie (bijv. centrosymmetrie of niet-centrosymmetrie) van nano-heterostructuren is van belang en trekt veel aandacht omdat het een efficiënt middel biedt om complexe structuren te realiseren en nieuwe eigenschappen te realiseren die normaal gesproken ondenkbaar zijn voor homogene deeltjes of symmetrische nano-heterostructuren. Echter, het blijft een grote uitdaging om asymmetrische bimetaal nano-heterostructuren te produceren via zaadgemedieerde groei, omdat kristalstructuren van metalen meestal een hoge symmetrie hebben. Wat betreft edele metalen met een face-centered-cubic (fcc) structuur, in de zaadgemedieerde groei van bimetaal nano-heterostructuren, de eindproducten behouden bij voorkeur de symmetrie van de zaadmaterialen (d.w.z. het vormen van een kern-schaalstructuur). In een recent werk gepubliceerd in Wetenschapsbulletin , Q. Kuang en Z. X. Xie, et al stellen voor dat het verschil in elektrochemische evenwichtspotentiaal van twee metalen in de groeioplossing (overeenkomend met hun Fermi-niveaus) de drijvende kracht is die thermodynamisch bepaalt of de symmetrie breekt in de zaadgemedieerde groei van bimetaal nano-heterostructuren of niet, d.w.z., vormen ofwel asymmetrische of centrosymmetrische bimetaal nano-heterostructuren.

Het voorgestelde idee werd voor het eerst gedemonstreerd door de zaadgemedieerde groei van Au op Pd nanocube-zaden. Met het veranderen van de concentratie van een reductiemiddel, L-ascorbinezuur, in de groeioplossing, de relatieve positie van Fermi-niveaus van de Pd nanocube-zaden en het tweede metaal Au in de groeioplossing bleek omgekeerd te zijn, en dienovereenkomstig, de structuur van producten evolueerde van centrosymmetrische Pd@Au core-shell trisoctaëders naar asymmetrische Pd-Au hetero-dimeren. Dit komt omdat de lokale elektronenverdeling van de kubieke Pd-zaden zou veranderen als gevolg van elektronenoverdracht nadat de oorspronkelijke heterojunctie is gebouwd, wat de preferentiële reductieplaatsen van Au op Pd-zaden verder beïnvloedt. Volgens de voorgestelde theorie, de evolutie van de centrosymmetrische Pd@Ag kern-schil structuur naar de asymmetrische Pd-Ag hetero-dimeren werd ook gerealiseerd met een gelijkaardige methode. Dit resultaat geeft ook aan dat het heel goed mogelijk is om ΔVoc te gebruiken, wat het verschil is van de open circuitpotentialen tussen de twee metalen elektroden in een bepaalde oplossing, als het experimentele criterium voor het beoordelen van de vormingsmodus van bimetaal nano-heterostructuren via de zaadgemedieerde groei.

Deze ontdekkingen gepresenteerd in dit werk bieden een nieuw inzicht in het vormingsmechanisme van bimetaal nano-heterostructuren vanuit thermodynamisch oogpunt, wat mogelijk nuttig is om het rationele ontwerp van bimetaal nano-heterostructuren met speciale eigenschappen en functies te bereiken.