"Пустотелые" микро- и наноразмерные структуры привлекают огромный интерес учёных благодаря своей специфической структуре и необычным свойствам. Одним из важнейших типов таких наноразмерных структур, применяемых в сенсорах, при создании батарей, оптике, катализе и многом другом, являются полые сферы (HNPs), для которых отношение площади к объёму достаточно велико, а плотность – мала. К тому же введение в такие полые наносферы гетероструктур на основе полупроводников и металлов может способствовать значительному улучшению каталитической активности материала.
Авторы работы, опубликованной недавно в ACSNano, предложили новый, мягкий способ получения гетероструктур на основе полупроводника оксида цинка и благородного металла (золото, платина) в наноразмерном состоянии. Идея заключается в селективном травлении ядра легко синтезируемых наночастиц ядро/оболочка на основе Zn/ZnO с помощью кислот типа винной, хлорзолотой и хлорплатиновой. При этом, как показано на рисунке 1, в кислой среде происходит более быстрое растворение активного металла, нежели «инертной» оксидной оболочки. За счёт этого в винной кислоте получаются полые наночастицы, а в хлорзолотой и хлорплатиновой кислотах образуются гетероструктуры оксид цинка/благородный металл в нанометровом масштабе. На рисунке 2 представлены исходные наночастицы, а на рисунке 3 – частицы после травления в кислой среде. Данные РФА и УФ-Вид (рис.4) спектроскопии говорят о том, что действительно происходит растворение ядра и формирование полых наносфер на основе практически аморфного оксида цинка. Стоит отметить, что излучательная способность полых сфер из оксида цинка в близкой к УФ части спектра более чем на 3 порядка превосходит аналогичный показатель для исходных частиц Zn/ZnO (рис.5).
При травлении же кислотами, в состав которых сходят благородные металлы, внутри полных сфер образовались нанокластеры этих благородных металлов, что также было зафиксировано методами УФ-Вид спектроскопии и РСМА (рис.6 и 7). Измерения фотокаталической активности проводились с использованием модельной системы - красителя метилового оранжевого (рис.8). При этом наблюдалось гораздо лучшее фотокаталитическое поведение, чем для известного коммерческого катализатора Р25 на основе диоксида титана, а также фактическое отсутствие деградационных процессов, связанных с фотовосстановлением ионов цинка до нейтральных атомов (рис.9).
Учёные уверены, что развитие данного подхода к синтезу нанокомпозитных частиц позволит создавать более эффективные катализаторы на основе ZnO, TiO2, SnO2 и благородных металлов Pt, Pd, Au, Ag. Эти необычные материалы могут найти своё применение в таких областях как оптика, доставка лекарственных средств, устройства хранения и превращения одних видов энергии в другие, сенсорика, оптоэлектроника.
С -0.7В, он и в воде медленно деградирует (что заметно на любых цинковых пластинах), так как концентрации протонов 10-7М термодинамически достаточно.
