Door hun unieke permeabele, holle schaalstructuren met binnenste, beweegbare kernen, zijn dooierschaal nanokristallen geschikt voor een breed scala aan toepassingen. Yolk-shell nanokristallen bestaande uit een gouden kern met verschillende halfgeleiderschillen zijn ontwikkeld door Tokyo Tech-onderzoekers, met behulp van een nieuw sequentieel ionenuitwisselingsproces. Deze nanokristallen met metalen halfgeleider dooierschil kunnen voor veel toepassingen als zeer effectieve fotokatalysatoren dienen.

Yolk-shell nanokristallen zijn unieke materialen met fascinerende structurele eigenschappen, zoals een permeabele schil, inwendige lege ruimte en beweegbare dooier. Deze nanokristallen zijn geschikt voor een verscheidenheid aan toepassingen, afhankelijk van de materiaalkeuze die voor hun fabricage is gebruikt.

Als het binnenoppervlak van hun schalen bijvoorbeeld reflecterend is, kunnen dooierschaal-nanokristallen een betrouwbaar fotovoltaïsch apparaat vormen. Een mobiele kern kan fungeren als een roerder, in staat om oplossingen die in de schaal worden vastgehouden te mengen. De binnen- en buitenoppervlakken van de schaal bieden tal van actieve plaatsen voor reacties, en de fascinerende eigenschappen van de dooierschaalstructuur (een resultaat van elektronische interacties en ladingsoverdracht tussen de oppervlakken van de structuur) maken deze nanokristallen ideaal voor fotokatalysetoepassingen. Het is begrijpelijk dat dooierschaal-nanokristallen de aandacht hebben getrokken van onderzoekers over de hele wereld.

Nu, in een gezamenlijke studie gepubliceerd in ACS Applied Nano Materials , die ook werd geselecteerd als de ACS Editors' Choice, een internationaal onderzoeksteam onder leiding van universitair hoofddocent Tso-Fu Mark Chang en universitair docent Chun-Yi Chen aan het Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech) en professor Yung-Jung Hsu van de National Yang Ming Chiao Tung University in Taiwan heeft verschillende dooierschaalstructuren ontwikkeld die een metallisch goud (Au) dooier met verschillende halfgeleiderschalen bevatten. Dergelijke structuren zijn wereldwijd in populariteit gestegen vanwege hun fascinerende eigenschappen, dankzij hun Au-kernen.

"Dooierschaal nanokristallen bestaande uit een metalen dooier en halfgeleiderschalen zijn bijzonder interessant omdat ze kunnen worden aangepast aan massatransport-gerelateerde toepassingen, bijvoorbeeld fotokatalyse", zegt professor Chen.

Om de nanokristallen te maken, gebruikten de onderzoekers een sequentieel ionenuitwisselingsproces. De procedure omvat delicate sulfidatie op een Au@Cu2O kern-schil nanokristalsjabloon (waarbij Au bijdraagt ​​aan de kern en Cu2O aan de schilvorming), gevolgd door een kinetisch gecontroleerde kationenuitwisselingsreactie die conversie van de schilsamenstelling mogelijk maakt (d.w.z. Cu2O ) in verschillende metaalsulfiden, die halfgeleiders zijn. Vier representatieve dooierschaal nanokristalmonsters, waaronder Au@Cu7S4, Au@CdS, Au@ZnS en Au@Ni3S4, werden op deze manier voor onderzoek gesynthetiseerd (zoals weergegeven in figuur 1).

De prestatie van deze dooierschaalstructuren als fotokatalysatoren werd geëvalueerd met behulp van röntgenfoto-elektronspectroscopie (XPS) en steady-state fotoluminescentie (PL) spectroscopie.

Met behulp van XPS ontdekten de onderzoekers dat de metalen kernen en halfgeleidende schillen van de nanokristallen elektronische interacties hebben die gunstig zijn voor fotokatalyse-toepassingen. Tijdsopgeloste PL-spectroscopie onthulde dat de nanostructuren een hoge PL-intensiteit hebben, wat wijst op een hoge fotokatalytische activiteit, wat impliceert dat ze zeer goed in staat waren om licht te absorberen en elektronengat-ladingsdragers te genereren (zoals weergegeven in figuur 2).

"In een realistisch scenario spelen de reacties die worden gefaciliteerd door gescheiden foto-geëxciteerde elektronen en gaten een rol bij de zuivering van het milieu, door reactieve zuurstofsoorten te produceren", legt prof. Chen uit, die een scenario beschrijft waarin hun nieuwe dooierschil-fotokatalysatoren kunnen worden gebruikt . Deze foto-geëxciteerde elektronen en gaten kunnen een veelvoud aan reacties vergemakkelijken, waardoor dooierschil-nanokristallen toepasbaar zijn op veel gebieden, zoals milieuzuivering, waterstofproductie en koolstofdioxidereductie. + Verder verkennen

Goedkopere waterstofproductie