Часто наночастицы описывают как составляющие для наноматериалов, однако все немного сложнее: в отличие от атомов и молекул, свойства этих «строительных блоков» зависят не только от их состава, но и от размера и морфологии. При этом из одинаковых реагентов могут получаться совершенно разные наночастицы, что существенно влияет на их свойства. Оказалось, что рост таких наночастиц можно описывать в рамках нескольких ветвей развития (Рис. 1). Крупные ветви отвечают различным процессам роста, а маленькие – это непрерывно изменяющиеся размеры частиц с морфологией, заданной направлением процесса. Построить пример такого дерева удобно для наностержней золота, поскольку, во-первых, процедура их получения хорошо отработана, а во-вторых, их морфология сильно влияет на оптические свойства, что упрощает идентификацию полученных стержней.
Исходные наностержни были получены по стандартной процедуре при восстановлении HAuCl4 (2.5×10–4 M) аскорбиновой кислотой (5.5×10–4 М) с использованием бромид цетилтриметиламмония (
Этот процесс может идти тремя путями: 1. преимущественный рост в одном направлении, приводящий к образованию стержней типа «арахис»; 2. изотропное увеличение стержней с итоговыми прямоугольно-параллелепипедными стержнями и 3. рост вокруг среднего сечения, в результате которого образуются октаэдрические частицы.
-
Путь 1 (Рис. 2). При добавлении затравки к раствору, содержащему только 10% от стандартного количества ПАВ при рН 4, образуются стержни промежуточной формы, размеры которых зависят от количества раствора. Если исходные стержни имели ширину и длину 11.2±1.2 нм и 47.6±5.9 нм, то итоговые – ширина 47.6±5.9 нм (в центре), 54.7±4.1 нм (на краях) и длина 114.1±9.7 нм.
-
Путь 2 (Рис. 3). При добавлении затравки к
0.1 М раствору ПАВ при рН 4 наблюдается изотропный рост. Если исходные стержни имели ширину и длину 14.9±1.7 нм и 55.2±1.7 нм, то итоговые – 66.8±4.7 нм и 124.7±5.8 нм. Отношение длины к ширине при этом уменьшилось от 3.8 до 2.0. -
Путь 3 (Рис. 4). При добавлении затравки к
0.05 М раствору ПАВ при рН 1, установленному с помощью неорганических кислот (HCl или HNO3), наблюдается рост вокруг середины стержня с образованием октаэдров.
На основании этих данных было построено эволюционное дерево (Рис. 5). Направление процесса главным образом зависит от 1. концентрации ПАВ и 2. рН среды. ПАВ стабилизирует {001}плоскости золота, а рН влияет на скорость восстановления золота и силу связи ПАВ и золота. В рамках же одной ветви морфологии маленьких веточек изменяются непрерывно при варьировании 1. времени реакции и 2. количества раствора для роста частиц.
