På grund av deras unika permeabla, ihåliga skalstrukturer med inre, rörliga kärnor, är äggula-skal nanokristaller lämpliga för en mängd olika applikationer. Yolk-shell nanokristaller som består av en guldkärna med olika halvledarskal har utvecklats av Tokyo Tech-forskare, med hjälp av en ny sekventiell jonbytesprocess. Dessa metall-halvledar äggula-skal nanokristaller kan fungera som mycket effektiva fotokatalysatorer för många applikationer.

Gula-skal nanokristaller är unika material med fascinerande strukturella egenskaper, såsom ett permeabelt skal, inre tomrum och rörlig äggula. Dessa nanokristaller är lämpliga för en mängd olika applikationer, beroende på valet av material som används för deras tillverkning.

Till exempel, om den inre ytan av deras skal är reflekterande, kan äggula-skal nanokristaller göra en pålitlig solcellsanordning. En rörlig kärnburk kan fungera som en omrörare, som kan blanda lösningar som hålls i skalet. Skalets inre och yttre ytor ger massor av aktiva platser för reaktioner, och äggula-skalstrukturens fascinerande egenskaper (ett resultat av elektronisk interaktion och laddningsöverföring mellan strukturens ytor) gör dessa nanokristaller idealiska för fotokatalysapplikationer. Förståeligt nog har nanokristaller från äggula-skal uppmärksammats av forskare över hela världen.

Nu, i en samarbetsstudie publicerad i ACS Applied Nano Materials , som också valdes ut som ACS Editors' Choice, ett internationellt forskarlag ledd av docent Tso-Fu Mark Chang och biträdande professor Chun-Yi Chen vid Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech) och professor Yung-Jung Hsu vid National Yang Ming Chiao Tung University i Taiwan har utvecklat flera äggula-skalstrukturer som innehåller en äggula av metalliskt guld (Au) med olika halvledarskal. Sådana strukturer har ökat i popularitet över hela världen på grund av deras fascinerande egenskaper, på grund av deras Au-kärnor.

"Nanokristaller av äggula som består av en metalläggula och halvledarskal är särskilt intressanta eftersom de kan anpassas till masstransportrelaterade användningar, till exempel fotokatalys", säger professor Chen.

För att göra nanokristallerna använde forskarna en sekventiell jonbytesprocess. Proceduren involverar delikat sulfidering på en Au@Cu2O kärna-skal nanokristallmall (där Au bidrar till kärnan och Cu2O till skalbildningen), följt av en kinetiskt kontrollerad katjonbytesreaktion som möjliggör omvandling av skalkompositionen (dvs Cu2O) ) till olika metallsulfider, som är halvledare. Fyra representativa äggula-skal nanokristallprov, inklusive Au@Cu7S4, Au@CdS, Au@ZnS och Au@Ni3S4, syntetiserades för undersökning på detta sätt (som visas i figur 1).

Prestandan hos dessa äggula-skalstrukturer som fotokatalysatorer utvärderades med hjälp av röntgenfotoelektronspektroskopi (XPS) och fotoluminescensspektroskopi (PL) vid steady-state.

Med hjälp av XPS fann forskarna att nanokristallernas metallkärnor och halvledande skal har elektroniska interaktioner som är gynnsamma för fotokatalysapplikationer. Tidsupplöst PL-spektroskopi avslöjade att nanostrukturerna hade hög PL-intensitet, vilket indikerar hög fotokatalytisk aktivitet, vilket antyder att de var mycket kapabla att absorbera ljus och generera laddningsbärare för elektronhål (som visas i figur 2).

"I ett verklighetsscenario spelar reaktionerna som underlättas av separerade fotoexciterade elektroner och hål en roll i miljörening, genom att producera reaktiva syrearter", förklarar professor Chen och beskriver ett scenario där deras nya äggula-skal-fotokatalysatorer kan användas . Dessa fotoexciterade elektroner och hål kan underlätta en mängd reaktioner, vilket gör äggula-skal nanokristaller användbara inom många områden som miljörening, väteproduktion och koldioxidreduktion. + Utforska vidare

Billigare väteproduktion