Американские учёные предложили использовать заряженные наночастицы золота и серебра в синтезе микрокристаллов. Посредством изменения концентрации заряженных наночастиц им удалось получить микрокристаллы различных размеров. Эта методика, описанная в мартовском номере Nature Materials, универсальна и подходит для синтеза различных по химическому составу кристаллов.

Микрокристаллы на сегодняшний день считаются перспективным материалом для создания широкого спектра полезной продукции. Их выгодно использовать в качестве катализаторов, применять при производстве солнечных батарей, антибактериальных покрытий и тканей, а также различных лекарств. Для каждой области применения обычно требуются строго определённые кристаллы, обладающие одинаковым химическим составом и размером. Именно поэтому учёные по всему миру неустанно ищут и разрабатывают разнообразные методы управления синтезом этих многообещающих структур. Однако большинство изученных техник не универсальны – они подходят только для контролирования роста микрокристаллов, состоящих из одних химических веществ.

Группа американских исследователей из Северо-западного университета и Университета штата Пенсильвания предложила универсальный метод управления синтезом микрокристаллов, образованных из различных неорганических солей. Суть представленного подхода заключается в использовании заряженных наночастиц серебра или золота при кристаллизации солей в растворе.

В процессе эксперимента учёные получали частицы благородных металлов и присоединяли к ним заряженные молекулы – лиганды. Причём одна половина наночастиц покрывалась положительно заряженными молекулами, а вторая – заряженными отрицательно. После этого модифицированные наночастицы и требуемые неорганические соли растворялись в смеси воды и диметилсульфоксида. Затем этот раствор нагревали до 65º С и выпаривали из него воду. В результате этих операций образовывался тонкодисперсный порошок, состоящий из микрокристаллов солей и наночастиц металлов.

В отсутствие заряженных наночастиц молекулы соли образовывали достаточно большие, порядка 100–10 мкм, кристаллики. Однако если в растворе содержались заряженные частицы золота или серебра, то размер кристаллов существенно уменьшался и варьировался от 10 мкм до 100 нм.

Как выяснили исследователи, ключевым параметром, влиявшим на размер микрокристаллов, была величина отношения концентрации заряженных частиц к концентрации солей в растворе. Также было обнаружено, что для контролируемого роста кристаллов необходимо, чтобы эта величина лежала в пределах 0,25 и 4, иначе происходит образование нежелательного продукта. Увеличивая относительную концентрацию заряженных частиц в растворе, можно было уменьшать размер получаемых кристаллов.

Предложенное учёными обоснование природы этого процесса хорошо согласовалось с экспериментальными данными. По их мнению,

заряженные наночастицы «облепляют» растущие кристаллики соли в растворе, формируя вокруг них упорядоченную оболочку. Именно эта оболочка препятствует дальнейшему росту кристалла.

Для формирования оболочки вокруг кристалла требуется определённый избыток энергии. Поэтому зачастую для каждого синтезируемого кристалла подбирается своё вещество, которое хорошо связывается с ним и легко образует вокруг него оболочку. Огромный плюс представленного американскими учёными метода в том, что он универсален – подходит для синтеза различных кристаллов. Разноимённо заряженные наночастицы металла притягиваются друг к другу и как бы стягиваются вокруг кристалла, восполняя тем самым требуемую энергию.

Источник информации:

Bartlomiej Kowalczyk, Kyle J. M. Bishop, Istvan Lagzi, DaweiWang, YanhuWei,Shuangbing Han and Bartosz A. Grzybowski Charged nanoparticles as supramolecular surfactants for controlling the growth and stability of microcrystals. – Nature Materials. – March 2012. – V.11. – No 3.