From multi-to single-hollow trimetallic nanocrystals by ultrafast heating
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Publication date
2023
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Publisher
American Chemical Society
Citation
V. Manzaneda-González, K. Jenkinson, O. Peña-Rodríguez, O. Borrell-Grueiro, S. Triviño-Sánchez, L. Bañares, E. Junquera, A. Espinosa, G. González-Rubio, S. Bals, A. Guerrero-Martínez; From multi-to single-hollow trimetallic nanocrystals by ultrafast heating; Chem.Mate, 2023 35, 9603−9612.
Abstract
Metal nanocrystals (NCs) display unique physicochemical features that are highly dependent on nanoparticle dimensions, anisotropy, structure, and composition. The development of synthesis methodologies that allow us to tune such parameters finely emerges as crucial for the application of metal NCs in catalysis, optical materials, or biomedicine. Here, we describe a synthetic methodology to fabricate hollow multimetallic heterostructures using a combination of seed-mediated growth routes and femtosecond-pulsed laser irradiation. The envisaged methodology relies on the coreduction of Ag and Pd ions on gold nanorods (Au NRs) to form Au@PdAg core–shell nanostructures containing small cavities at the Au–PdAg interface. The excitation of Au@PdAg NRs with low fluence femtosecond pulses was employed to induce the coalescence and growth of large cavities, forming multihollow anisotropic Au@PdAg nanostructures. Moreover, single-hollow alloy AuPdAg could be achieved in high yield by increasing the irradiation energy. Advanced electron microscopy techniques, energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX) tomography, X-ray absorption near-edge structure (XANES) spectroscopy, and finite differences in the time domain (FDTD) simulations allowed us to characterize the morphology, structure, and elemental distribution of the irradiated NCs in detail. The ability of the reported synthesis route to fabricate multimetallic NCs with unprecedented hollow nanostructures offers attractive prospects for the fabrication of tailored high-entropy alloy nanoparticles.
Description
Traducción del Resumen al español: Los nanocristales (NCs) metálicos presentan características fisicoquímicas únicas que dependen en gran medida de las dimensiones de las nanopartículas, su anisotropía, estructura y composición. El desarrollo de metodologías de síntesis que permitan ajustar finamente estos parámetros surge como un aspecto clave para la aplicación de los NCs metálicos en catálisis, materiales ópticos o biomedicina. En este trabajo describimos una metodología sintética para fabricar heteroestructuras multimetálicas huecas mediante la combinación de rutas de crecimiento mediadas por semillas y la irradiación con láseres de pulsos femtosegundo. La metodología propuesta se basa en la correducción de iones Ag y Pd sobre nanovarillas de oro (Au NRs) para formar nanoestructuras núcleo–corteza Au@PdAg que contienen pequeñas cavidades en la interfaz Au–PdAg. La excitación de las nanovarillas Au@PdAg con pulsos femtosegundo de baja fluencia se empleó para inducir la coalescencia y el crecimiento de grandes cavidades, dando lugar a nanoestructuras anisotrópicas Au@PdAg multihuecas. Además, al incrementar la energía de irradiación se pudo obtener, con alto rendimiento, una aleación AuPdAg con una única cavidad. El uso de técnicas avanzadas de microscopía electrónica, tomografía mediante espectroscopía de rayos X de dispersión de energía (EDX), espectroscopía de estructura fina de absorción de rayos X cercana al borde (XANES) y simulaciones mediante diferencias finitas en el dominio temporal (FDTD) permitió caracterizar en detalle la morfología, la estructura y la distribución elemental de los NCs irradiados. La capacidad de la ruta de síntesis aquí descrita para fabricar NCs multimetálicos con nanoestructuras huecas sin precedentes ofrece perspectivas muy atractivas para la fabricación de nanopartículas de aleaciones de alta entropía diseñadas a medida.













