Прогресс в современном материаловедении достигается во многом благодаря новым классам материалов, которые могут обладать ценными свойствами, и, в перспективе, быть примененными в производстве. Интересно то, что часто при синтезе инновационных материалов оказывается целесообразным применить подход, зарекомендовавший себя в смежных областях науки и техники. Вот например, зададимся целью – синтезировать в больших масштабах монодисперсные неорганические наночастицы, имеющие каркасное строение. Как это можно было бы осуществить на практике?
Выход был найден группой ученых из Израиля. Давно известно, что кристаллизация новой твердой фазы начинается на уже имеющихся трещинах, дефектах и т.п. В частности, если взять полиэдрическую наночастицу (т.е. многогранник), то кристаллизация сначала пойдет по ребрам как по линейным дефектам. Таким образом, в итоге мы получим каркас осажденной твердой фазы на исходных наночастицах. Если материалы обеих фаз обладают различными свойствами, то можно, например, вытравить исходную фазу и, в конечном счете. Мы будем иметь нанокаркасы, удовлетворяющие всем нашим условиям: однородность по размеру и форме будет находиться в прямой корреляции с однородностью по размеру и форме исходных наночастиц, а учитывая то, что процесс осаждения не является трудоемким (не требует каких-либо манипуляций с наночастицами, молекулами или атомами), то и условие масштабности синтеза выполнено. Даже более того – мы можем остановится перед стадией травления исходных частиц и изучить свойства гибридных наночастиц типа ядро-каркас.
На рис. 1abc показаны исходные наночастицы сульфида меди. Они формируют пространственно-упорядоченную решетку, также называемую сверхрешеткой (не путать с понятием сверхрешетки в кристаллографии), которая может быть охарактеризована с использованием дифракционных методов. Далее (рис. 1def) происходит осаждение фазы рутения, за которым следует растворение (рис. 1ghi) исходного сульфида меди. На рис.2 показана серия микрофотографий, наглядно демонстрирующая форму образующихся наночастиц.
Однако исследователи не остановились на этом и провели эксперименты по замещению остова полученных наночастиц (рис.3), а именно, по замене катиона Cu(I) на Cd(II) и Pb(II). В числе наиболее важных результатов, полученных в этой работе, следует назвать изучение каталитической активности синтезированных частиц в процессе окисления пероксида водорода. Дело в том, что в ходе осаждения происходит фазовый переход, сопровождающийся образованием дефектной фазы Cu1,96S, что подтверждается рентгеновской дифракцией (рис. 4). Наглядно увидеть сказанное можно на рис.5, где приведена циклическая вольтамперограмма раствора перекиси водорода на электроде из ITO, модифицированном изучаемыми частицами.
Оригинальная статья "Hybrid nanoscale inorganic Cages" была опубликована 19 сентября 2010 года в Nature Materials.
