Проект выполняется при поддержке РФФИ, грант № 18-32-00818 мол_а
В настоящее время большое внимание уделяется наночастицам благородных металлов. Главным образом это связано с их способностью локализовать электромагнитное поле на нанометровых масштабах, благодаря явлению поверхностного плазмонного резонанса (ППР), что обеспечивает для таких частиц широкий спектр применения в целях передачи энергии, биомедицинских приложениях и катализе. Свойства поверхностного плазмонного резонанса зависят от многих факторов, таких как размер, форма, состав наночастиц и их окружение, что позволяет проводить настройку этих свойств по средствам изменения условий их синтеза и пост-обработки. В зависимости от конкретной области применения требуются различные параметры ППР, что стимулирует интерес к разработке эффективных методов синтеза плазмонных наночастиц с заданными свойствами, и исследованиям их стабильности.
С данной целью были синтезированы образцы силикатных стёкол, содержащие наночастицы золота или биметаллические наночастицы золота и серебра в своей приповерхностной области, полученные путём лазерного облучения золотой плёнки, напылённой на поверхность стекла. Для этих образцов проводились исследования влияния толщины начального слоя золотой пленки на поверхности стекла, наличия ионов серебра в стекле, и воздействие термической обработки. Материалы изучались с помощью просвечивающей электронной микроскопии, оптического поглощения, рентгеновской дифракции, спектроскопии рентгеновского поглощения вблизи L3-края золота (EXAFS).
Совместное использование Au L3-EXAFS спектроскопии, оптического поглощения и моделирования методами функционала плотности (DFT) для образцов, содержащих однокомпонентные наночастицы золота, позволило установить наиболее вероятную структуру наночастицы золота, усредненной по образцу, а также объяснить процессы, протекающие при термообработке образцов. В частности было установлено, что из пленки толщиной 6 нм формируются частицы со средним размером ~ 60 нм; из пленки толщиной 10 нм - частицы со средним размером ~ 80 нм, и из пленки толщиной 70 нм - частицы со средним размером ~ 25 нм. Кроме того, после термообработки размер частиц, полученных из золотых пленок толщиной 6 нм и 10 нм уменьшился, а размер частиц, полученных из золотой пленки толщиной 70 нм практически не изменился. Эти результаты в совокупности с данными EXAFS позволили предложить модель взаимодействия наночастицы с атомами других металлов, содержащихся в стекле.
Для образцов, содержащих биметаллические наночастицы, золота и серебра, были определены вероятные структуры локальной атомной среды ионов серебра в стеклянных матрицах по данным Ag K-EXAFS и моделирования DFT. Так, исследования показывают, что лучшее согласие с XAS данными обладают модели, содержащие только 1 ион серебра, который связан с 2 атомами кислорода со средним межатомным расстоянием Ag-O 2.10 Å.
Ранее, для биметаллических наночастиц Au-Ag, было установлено, что присутствующие в составе стекла ионы серебра при лазерной имплантации золотой плёнки, взаимодействуют с наночастицами золота, и при малом числе лазерных импульсов образуют тонкую оболочку из атомов серебра, которая при увеличении числа лазерных импульсов разрушается из-за проникновения атомов серебра вглубь наночастицы золота.
Полученные результаты важны для понимания процесса имплантирования наночастиц в приповерхностный слой стекла, а также для оценки стабильности частиц внутри стеклянной матрицы при нагреве. Также, полученные результаты могут быть полезны для описания рентгеновских спектров поглощения для образцов стекла, содержащих наночастицы серебра, а также их ионов в исследуемых состояниях.