Йоркские ученые обнаружили важный механизм в основе реактивности наночастиц

Международная группа ученых с помощью передовых методов электронной микроскопии обнаружила важный механизм в основе реакции металлических наночастиц со средой.

В целом исследование, опубликованное в издании Nature Materials, показало, что окисление металлов — процесс, описывающий, к примеру, реакцию железа с кислородом в присутствии воды с формированием ржавчины — происходит намного быстрее в наночастицах, нежели в макроскопическом масштабе.

Лучшее понимание металлических наночастиц — в особенности из железа и серебра — имеет ключевое значение для ученых вследствие массы потенциальных применений. Например, оксид железа и наночастицы оксида железа считаются важными в областях от технологий чистого топлива, высокоплотного хранения данных и катализа до обработки воды, восстановления почвы, целевой поставки препаратов и противораковой терапии.

Группа ученых, включая исследователей из университета Лестера, Национального института материаловедения Японии и Иллинойсского университета в Урбана-Шампейн, использовала беспрецедентное разрешение, достижимое с помощью сканирующей трансмиссионной электронной микроскопии, для изучения окисления кубических наночастиц железа и провела стрейн-анализ (оценку деформации) частиц на атомном уровне.

Ведущий исследователь доктор Роланд Крюгер сообщил, что использование нового подхода для производства и анализа наночастиц помогло исследовать реакцию металлических наночастиц со средой на атомном уровне и получить информацию относительно деформации, связанной с оксидной оболочкой на железном ядре.

«Мы установили, что оксидная пленка растет намного быстрее на наночастицах, нежели на кристалле железа, причем сразу на несколько порядков. Анализ показал значительный объем деформации и смятия в наночастицах, которые привели бы к дефектам в более крупных частях материала», добавил он.

Ученые применили метод, известный как Z-контрастное отображение, для исследования оксидного слоя, который формируется вокруг наночастицы после подвергания ее воздействию атмосферы. Было установлено, что в течение двух лет наночастицы окисляются полностью.

Доктор Эндрю Пратт отметил, что окисление способно кардинально изменить свойства наноматериала, в лучшую или худшую сторону, и потому понимание этого процесса в наномасштабе имеет критическое значение. Работа поможет тем, кто находится в поиске методов применения металлических наночастиц в экологической и технологической сфере, поскольку она обеспечивает более глубокое понимание изменений, которые могут произойти в течение срока использования.

Ученые получали изображения наночастицы в процессе окисления в течение двух лет. После этого наночастицы железа, которые изначально были кубической формы, стали почти сферическими и полностью окислились.

04.11.2013