Under fröförmedlad tillväxt, Pd-Au nano-heterostrukturen kan antingen vara centrosymmetrisk Pd@Au core-shell trisoctahedra eller asymmetriska Pd-Au heterodimerer. Vad orsakar symmetri brytning av bimetall nano-heterostrukturer? En ny studie föreslår att den termodynamiska faktorn spelar en nyckelroll för symmetribrytningen av bimetal nano-heterostrukturer under frömedierad tillväxt.

Inom nanomaterial, kontroll av symmetrin (t.ex. centrosymmetri eller icke-centrosymmetri) av nano-heterostrukturer är av betydelse och lockar stor uppmärksamhet eftersom det erbjuder ett effektivt sätt att uppnå komplexa strukturer och förverkliga nya egenskaper som vanligtvis är otänkbara för homogena partiklar eller symmetriska nano-heterostrukturer. Dock, det är fortfarande en stor utmaning att producera asymmetriska bimetall nano-heterostrukturer via fröförmedlad tillväxt, eftersom kristallstrukturer av metaller vanligtvis har hög symmetri. När det gäller ädelmetaller av ansiktscentrerad-kubisk (fcc) struktur, i fröförmedlad tillväxt av bimetal nano-heterostrukturer, de slutliga produkterna bibehåller företrädesvis symmetrin hos frömaterialen (dvs. bildar en kärna-skalstruktur). I ett färskt arbete publicerat i Science Bulletin , Q. Kuang och Z. X. Xie, et al. föreslår att skillnaden i jämvikt elektrokemiska potentialer för två metaller i tillväxtlösningen (motsvarande deras Fermi-nivåer) är den drivkraft som termodynamiskt bestämmer symmetribrytningen i frömedierad tillväxt av bimetall nano-heterostrukturer eller inte, d.v.s. bildar antingen asymmetriska eller centrosymmetriska bimetala nano-heterostrukturer.

Den föreslagna idén demonstrerades först av fröförmedlad tillväxt av Au på Pd-nanokubfrön. Genom att ändra koncentrationen av en reduktant, L-askorbinsyra, i tillväxtlösningen, den relativa positionen för Fermi -nivåerna för Pd -nanokubfröna och den andra metall Au i tillväxtlösningen visade sig vara omvänd, och följaktligen produktstrukturen utvecklades från centrosymmetriska Pd@Au core-shell trisoctahedra till asymmetriska Pd-Au hetero-dimerer. Detta beror på att den lokala elektronfördelningen av de kubiska Pd -fröna skulle förändras på grund av elektronöverföring efter att den ursprungliga heterojunctionen har byggts, vilket ytterligare påverkar de förmånliga reduktionsställena för Au på Pd -frön. Enligt den föreslagna teorin, utvecklingen från den centrosymmetriska Pd@Ag-kärnskalstrukturen till de asymmetriska Pd-Ag-hetero-dimererna förverkligades också med liknande metod. Detta resultat indikerar också att det är fullt möjligt att använda ΔVoc, vilket är skillnaden mellan öppna kretspotentialer mellan de två metallelektroderna i en given lösning, som det experimentella kriteriet för att bedöma bildningssättet för bimetala nano-heterostrukturer via den fröförmedlade tillväxten.

Dessa upptäckter som presenteras i detta arbete ger en ny inblick i bildningsmekanismen för bimetala nano-heterostrukturer ur termodynamisk synvinkel, vilket är potentiellt användbart för att uppnå den rationella utformningen av bimetall nano-heterostrukturer med speciella egenskaper och funktioner.