Химики из Северозападного университета (США) разработали способ эффективно синтезировать большие библиотеки наночастиц, состоящих из разных элементов. С помощью чипов, содержащих сотни различных наночастиц ученые надеются во много раз ускорить поиск новых катализаторов и материалов для оптоэлектроники. Исследование опубликовано в журнале Science, кратко об этом сообщает пресс-релиз университета.

Методика поиска, разрабатываемая авторами, аналогична принципам работы ДНК-чипов. На специальной подложке будут располагаться миллионы (или, возможно, миллиарды) наночастиц различных размеров и составов. Чип будет вноситься в пространство, где протекает реакция, после чего ученые смогут определить, какие из наночастиц эффективнее ускоряют химические процессы. Точно также можно исследовать и оптические свойства. 

Синтезированные наночастицы. Peng-Cheng Chen/James Hedrick

Как отмечают химики, на исследование миллиона разных наночастиц по отдельности уйдет время, превышающее продолжительность человеческой жизни. Чип позволяет сделать предварительные исследования гораздо быстрее. Однако методы синтеза библиотек наночастиц еще не достаточно развиты — новая работа делает первые шаги в этом направлении.

Схема синтеза наночастиц. Peng-Cheng Chen et al. / Science, 2016

Авторы использовали для синтеза наночастиц методы сканирующей зондовой микроскопии. С помощью тонкой иглы кантилевера ученые подцепляли небольшие количества геля, содержащего соли нужных металлов и помещали каплю на подложку. Затем подложку отжигали в токе водорода — это приводило к ссыханию капли и последующему восстановлению солей металлов в сами металлы. Таким образом, металл-содержащие гели выступали в роли чернил для печати наночастиц — разные составы наночастиц требовали разных смесей гелей.

В работе химики воспользовались солями пяти металлов: золота, серебра, меди, кобальта и никеля. Наночастицы этих металлов находят свое применение в наноплазмонике и в катализе реакций. Авторы синтезировали наночастицы, в состав которых входили все возможные комбинации металлов: всего 31 вариант, начиная от частиц из одного металла, заканчивая частицами со всеми пятью металлами.

Совмещаясь в наночастицах металлы образовывали сплавы (золото и медь, золото и серебро, кобальт и никель) или отдельные фазы. К примеру, частица, содержащая все пять металлов, состояла из трех сплавов, разделенных фазовыми границами (AuAg, AuCu и CoNi), а частица содержащая золото, медь и никель состояла из сплава (AuCu) и отдельного никелевого участка. 

Распределение металлов в частице, содержащей все пять элементов. Изображения получены методом энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии. Peng-Cheng Chen et al. / Science, 2016

По словам ученых, кроме точного элементного состава наночастиц, можно контролировать и их размер. Тем самым можно дополнительно варьировать оптические свойства частиц.

Металлические наночастицы находят широкое применение в плазмонике. Так, недавно мы сообщали о плазмонных алюминиевых чернилах, позволяющих создавать одновременно цветные и черно-белые (в зависимости от поляризации падающего света) изображения, а контролируя «слипание» золотых наночастиц можно создавать динамические «рисунки». Интересно, что металлические частицы могут заменить собой ферменты в некоторых каталитических процессах: палладиево-иридиевые нанокубики могут выступать в роли пероксидазы.

Автор: Владимир Королёв