Исследователи из США разработали гибридные наночастицы, в состав которых входит несколько гибридных материалов, синтез таких частиц можно контролировать и получать материалы с определенным составом, структурой и свойствами.

Результаты работы являются уверенным шагом к созданию общего подхода для получения гибридных наночастиц, которые могут применяться в катализе, преобразовании солнечной энергии, медицине и электронике.

У химиков-органиков имеется обширный и регулярно пополняющийся набор инструментов для направленного синтеза органических соединений практически любой структуры, и, воодушевившись примером химиков-органиков Рэй Шаак (Ray Schaak) из Университета Пенсильвании решил создать такой же инструментарий, разработать подобные общие подходы для направленного синтеза наночастиц различного типа.

Цель исследователей из группы Шаака состояла в разработке общего метода синтеза гибридных наночастиц; исследователи продемонстрировали возможности разработанного ими метода синтеза, осуществив направленный синтез линейной комбинации гибридной наносистемы, состоящей из четырех различных наноматериалов. Шаак отмечает, что для решения поставленной задачи ему и его коллегам пришлось понять принципы, позволяющие связывать частицы одного материала с другим, добиваясь минимизации образования побочных продуктов и блокировки протекания побочных процессов. Он отмечал, что осуществление селективного синтеза гибридных наночастиц усложнялось по мере вовлечения новых компонентов в синтез.

Рис. 1. Взаимодействия между различными элементами
гибридной наночастицы направляли рост материала в
нужном направлении. (Рисунок из Nat. Chem., 2011;
DOI:10.1038/nchem.1195).

Исследователи начали с кристалла платины, который был использован в качестве затравки для роста частиц оксида железа (Fe₃O₄). Затем в суспензию, содержащую полученные наночастицы, добавляли соль, игравшую роль источника третьего металла – золота, никеля, палладия или серебра. При взаимодействии наночастицы с солью фрагмент, содержащи металл из соли, более охотно осаждался на платиновом фрагменте наночастицы, чем на оксиде железа (если пытаться осаждать металлы на отдельную частицу из Fe₃O₄ или платины, металлы в одинаковой степени хорошо осаждаются на обоих типах кристаллов).

Введение в систему, содержащую гибридный материал Au- четвертого материала – сульфида металла – приводило к тому, что осаждение сульфида на поверхности золота приводило к образованию четырехкомпонентной гибридной наночастицы, в которой сульфид металла селективно связывался с поверхностью золота.

По словам Шаака, такая селективность обуславливается характером взаимодействия различных материалов с гибридными наночастицами. Он утверждает, что благодаря электронному взаимодействию поведение гибридной системы Pt-Fe₃O₄ отличается от поведения изолированных друг от друга частиц Pt и Fe₃O₄. Шаак проводит определенные параллели между электронным взаимодействием наночастиц металла и оксидной подложки в гетерогенных катализаторах и надеется, что дальнейшее изучение особенностей взаимодействия сможет помочь и дальше развивать управляемый синтез гибридных наночастиц, больших и по размеру и по числу компонентов.