Silver Ions Hurry Up, Then Wait As They Disperse: Rice Chemists Show Ions Staged Release From Gold-silver Nanoparticles Could Be Useful Property

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Químicos da Universidade Rice e da Universidade de Duisburg-Essen, na Alemanha, quantificaram a liberação de íons de prata de ligas de nanopartículas de ouro-prata. Na parte superior, imagens de microscópio eletrônico de transmissão mostram a mudança de cor à medida que a prata (em azul) sai de uma nanopartícula ao longo de várias horas, deixando para trás átomos de ouro. As imagens hiperespectrais inferiores mostram o quanto uma nanopartícula de prata e ouro encolheu ao longo de quatro horas à medida que a prata foi lixiviada. (Crédito: Universidade Rice)

Abstrato:
Há ouro nessas nanopartículas, e costumava haver muita prata também. Mas grande parte da prata foi lixiviada e os investigadores querem saber como.

Íons de prata se apressem e esperem enquanto se dispersam: os químicos do arroz mostram que a liberação em estágios de íons de nanopartículas de ouro-prata pode ser uma propriedade útil

Houston, Texas | Postado em 23 de abril de 2021

As ligas de ouro-prata são catalisadores úteis que degradam poluentes ambientais, facilitam a produção de plásticos e produtos químicos e matam bactérias em superfícies, entre outras aplicações. Na forma de nanopartículas, essas ligas podem ser úteis como sensores ópticos ou para catalisar reações de evolução de hidrogênio.

Mas há um problema: a prata nem sempre permanece onde está.

Um novo estudo realizado por cientistas da Universidade Rice e da Universidade de Duisburg-Essen, na Alemanha, revela um mecanismo de duas etapas por trás da dissipação da prata, uma descoberta que poderia ajudar a indústria a ajustar ligas de nanopartículas para usos específicos.

A equipe liderada pelos químicos de Rice Christy Landes e Stephan Link e pelo estudante de graduação Alexander Al-Zubeidi e pelo químico de Duisburg-Essen Stephan Barcikowski empregou microscopia sofisticada para mostrar como o ouro pode reter prata suficiente para estabilizar a nanopartícula.

O estudo deles foi publicado na revista ACS Nano da American Chemical Society.

Os pesquisadores usaram um microscópio hiperespectral de imagem de campo escuro para estudar nanopartículas de liga de ouro-prata contendo um excesso de prata em uma solução ácida. A técnica permitiu que acionassem plasmons, ondas de energia que fluem pela superfície das partículas quando acesas. Esses plasmons espalham luz que muda com a composição da liga.

“A dependência do plasmon na composição da liga permitiu-nos registar a cinética de lixiviação dos iões de prata em tempo real”, disse Al-Zubeidi, principal autor do estudo.

Al-Zubeidi observou que filmes de liga de ouro e prata têm sido usados há décadas, muitas vezes como revestimentos antibacterianos, porque os íons de prata são tóxicos para as bactérias. “Acho que o mecanismo de liberação da prata foi implícito em estudos de filmes de liga, mas nunca foi comprovado de forma quantitativa”, disse ele.

Inicialmente, os íons de prata lixiviam rapidamente das nanopartículas, que literalmente encolhem como resultado. À medida que o processo continua, a rede de ouro, na maioria dos casos, liberta toda a prata ao longo do tempo, mas cerca de 25% das partículas comportam-se de forma diferente e a lixiviação da prata é incompleta.

Al-Zubeidi disse que o que observaram sugere que o ouro poderia ser manipulado para estabilizar as nanopartículas da liga.

“Normalmente, a lixiviação da prata duraria cerca de duas horas nas nossas condições”, disse ele. “Depois, na segunda etapa, a reação não acontece mais na superfície. Em vez disso, à medida que a rede de ouro se reorganiza, os iões de prata têm de se difundir através desta rede rica em ouro para alcançar a superfície, onde podem ser oxidados. Isso diminui muito a taxa de reação.

“Em algum momento, as partículas passivam e não pode ocorrer mais lixiviação”, disse Al-Zubeidi. “As partículas tornam-se estáveis. Até agora, analisamos apenas partículas com teor de prata de 80% a 90% e descobrimos que muitas partículas param de lixiviar prata quando atingem um teor de prata de cerca de 50%.

“Essa poderia ser uma composição interessante para aplicações como catálise e eletrocatálise”, disse ele. “Gostaríamos de encontrar um ponto ideal em torno de 50%, onde as partículas sejam estáveis, mas ainda tenham muitas de suas propriedades semelhantes às da prata.”

A compreensão de tais reações pode ajudar os pesquisadores a construir uma biblioteca de catalisadores e eletrocatalisadores de ouro-prata para diversas aplicações.

Link disse que a equipe de Rice acolheu com satisfação a oportunidade de trabalhar com Barcikowski, líder na área de síntese de nanopartículas por meio de ablação a laser. “Isso possibilita a criação de nanopartículas de liga com diversas composições e livres de ligantes estabilizadores”, disse.

“Do nosso lado, tínhamos a técnica perfeita para estudar o processo de lixiviação de íons de prata de muitas nanopartículas de liga única em paralelo por meio de imagens hiperespectrais”, acrescentou Landes. “Apenas uma abordagem de partícula única foi capaz de resolver a geometria intra e interpartículas.”

“Este esforço permitirá uma nova abordagem para gerar catalisadores nanoestruturados e novos materiais com propriedades eletroquímicas, ópticas e eletrônicas únicas”, disse Robert Mantz, gerente de programa de eletroquímica do Escritório de Pesquisa do Exército, um elemento do Departamento de Pesquisa do Exército do Comando de Capacidades de Combate do Exército dos EUA. Laboratório. “A capacidade de adaptar catalisadores é importante para atingir o objetivo de reduzir o peso transportado pelos soldados associado ao armazenamento e geração de energia e permitir a síntese de novos materiais.”

Os co-autores do artigo são os estudantes de pós-graduação da Rice, Charlotte Flatebo e Seyyed Ali Hosseini Jebeli, e o estudante de pós-graduação de Duisburg-Essen, Frederic Stein, e o pesquisador Christoph Rehbock. Link é professor de química e de engenharia elétrica e de computação. Landes é professor de química e de engenharia elétrica e de computação e engenharia química e biomolecular. Barcikowski é professor de química no Instituto Técnico de Química e no Centro de Nanointegração de Duisburg-Essen.

O Escritório de Pesquisa do Exército, uma bolsa de pós-graduação em ciência e engenharia de defesa nacional, a Fundação Robert A. Welch, a Fundação Nacional de Ciência e a Fundação Alemã de Pesquisa apoiaram o estudo.

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Sobre a Rice University
Localizada em um campus florestal de 300 acres em Houston, a Rice University é consistentemente classificada entre as 20 melhores universidades do país pelo US News & World Report. Rice tem escolas altamente respeitadas de Arquitetura, Negócios, Estudos Continuados, Engenharia, Humanidades, Música, Ciências Naturais e Ciências Sociais e é sede do Instituto Baker de Políticas Públicas. Com 3,978 alunos de graduação e 3,192 alunos de pós-graduação, a proporção de alunos de graduação para professores de Rice é pouco menos de 6 para 1. Seu sistema de faculdades residenciais constrói comunidades unidas e amizades duradouras, apenas uma das razões pelas quais Rice é classificada como No. 1 em muita interação raça / classe e No. 1 em qualidade de vida pela Princeton Review. O arroz também é classificado como o melhor valor entre as universidades privadas pela Kiplinger's Personal Finance.

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