Sciencemag.cz
Doporučujeme
Vědci z ETH v Curychu vyrobili nanokrystaly složené ze dvou různých kovů procesem amalgamace, když slitina vzniká pronikáním kapaného kovu do pevného. Tato metoda se běžně používá k výrobě směsí/slitin rtuti s jinými kovy, v rámci nanotechnologií byla ale kupodivu vyzkoušena poprvé. Autoři nové studie Maksym Yarema, Vanessa Wood a jejich kolegové se svému prvenství spíše diví, protože postup považují za velmi intuitivní. V zásadě by tímto způsobem mělo být možné získat směsné nanokrystaly ze dvou libovolných kovů. Dosavadními metodami se podařilo připravit pouze několik slitin.
Amalgamace funguje s jakýmkoli tekutým kovem. Kromě rtuti, která je kapalná i při pokojové teplotě, existuje řada kovů s relativně nízkou teplotou tání, například gallium (30 °C), indium (157 °C) nebo cín (232 °C). Jak amalgamační postup v nanoměřítku konkrétně realizovat? M. Yarema a jeho kolegové začali disperzí nanokrystalů obsahujících jeden kov, například stříbro. Poté se přidají atomy druhého kovu – např. gallia – ve formě sloučeniny (v tomto případě jako amidy gallia), přičemž se směs zahřeje na teplotu přibližně 300 °C. Vysoká teplota zpočátku způsobí, že se chemické vazby v amidu gallia rozpadnou a tekuté gallium se začne hromadit na nanokrystalech stříbra. Pak nastane vlastní proces amalgamace, během něhož kapalné gallium pronikne do pevného stříbra. Postupem času se vytvoří nová krystalová mřížka, v níž jsou atomy stříbra a gallia uspořádány vedle sebe. Poté se vše opět ochladí; celý proces trvá jen asi 10 minut.
Stejnou technikou již vědci vyrobili i různé další intermetalické nanokrystaly, například kombinace zlato-gallium, měď-gallium a palladium-zinek. Prostřednictvím množství atomů přidávaných formou amidů lze přesně řídit podíl kovů ve finálním směsném krystalu. Na příkladu zlata a gallia autoři studie ukázali, že tímto způsobem lze vyrobit nanokrystaly s velmi různorodými poměry, například 1:2 (AuGa2), 1:1 (AuGa) nebo 7:2 (Au7Ga2). Velikost konečných intermetalických nanokrystalů lze také přesně předpovědět/definovat pomocí rozměru počátečních nanokrystalů a nárůstu této velikosti v důsledku přidání druhého kovu.
Katalyzátory vyrobené z takových nanokrystalů půjde přesně přizpůsobit a optimalizovat pro konkrétní chemickou reakci. Tyto krystaly by se mohly uplatnit také ve fotonice (zobrazovací zařízení) nebo i v budoucích bateriích nebo medicínských technologiích.
Jasper Clarysse et al, Size- and composition-controlled intermetallic nanocrystals via amalgamation seeded growth, Science Advances (2021). DOI: 10.1126/sciadv.abg1934
Zdroj: ETH Zurich / Phys.org
