"Полые" наноматериалы за счет высокой удельной площади поверхности, низкой плотности и наличия доступной для заполнения полости являются перспективным объектом для применения в области катализа, фотоники и адресной доставки лекарств, поэтому создание подобных структур из платины, отличающейся уникальными физическими и химическими свойствами, - важное и интенсивно развивающееся направление современного материаловедения.
Общая схема недавно опубликованной в этом направлении работы представлена на рис.1. Вначале при помощи электроосаждения в поры анодного оксида алюминия был получен массив наностержней никеля. Затем эти стержни окунались в раствор хлорплатиновой кислоты – в результате реакции никель переходил в виде ионов в раствор, а платина, напротив, восстанавливалась и осаждалась на поверхности никелевого наностержня. Однако, полученные таким образом полые трубки не образовывали упорядоченных массивов – морфология массива исходных никелевых наностержней разрушалась.
Для выхода из этой ситуации авторы подвергли никелевые наностержни травлению в 0,5М серной кислоте. Это привело к появлению системы дефектов на поверхности стержня, на которых в первую очередь и происходило дальнейшее осаждение платины. Этот процесс можно описать следующим образом: вначале медленно двигающиеся атомы платины, неспособные занять позиции уходящих атомов никеля, формируют поры Киркендаля (эффект, вызванный противоположно направленными, различными по интенсивности потоками частиц, приводящими к образованию пор). До тех пор, пока эти поры не достигнут критического размера, никелевое ядро и платиновая оболочка не разделены, отдельные вакансии образуются на поверхности раздела (рис.2). Одновременная поверхностная диффузия и процесс созревания наночастиц по Оствальду, вовлекающие поры Киркендаля, приводят к постепенному отделению платины от никеля, в это время атомы платины осаждаются на поверхность нанотрубок, формируя монокристаллические чешуйки.
Интересно отметить, что за счет разницы в концентрации хлорплатиновой кислоты в ходе осаждения толщина нанотрубки неодинакова – у свободного конца она больше за счет большей концентрации, и поэтому нанотрубки сужаются к основанию.
Приведена вольтамперограмма (рис.3) окисления адсорбированного СО, на которой видно, что при проведении этого процесса на полых трубках плотность тока оказывается выше, чем при проведении на наностержнях той же длины, при этом также происходит сдвиг пика с 0,61 В для трубок до 0,65 для стержней (относительно хлорсеребряного электрода). Таким образом, приведенный метод является перспективным для создания полых структур различной морфологии, проявляющих перспективные функциональые свойства.
Оригинальная статья «Synthesis of Vertically Aligned Hollow Platinum Nanotubes with Single Crystalline Nanoflakes» опубликована 2 марта 2010 в Chemistry of Materials, DOI:10.1021/cm100418w
