界面水の構造がナノ粒子分散を安定化させる仕組みを解明(Uncovering How Interfacial Water Structure Can Stabilize Nanoparticle Dispersion)

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2024-03-26 パシフィック・ノースウェスト国立研究所(PNNL)

ナノ粒子の安定性は複雑な要因によって制御されており、時間の経過とともに凝集を回避するためには、粒子の表面を修飾する必要がある。研究者たちは、水に露出した異なる面を持つ赤鉄鉱ナノ粒子の挙動の違いを探究した。その結果、(104) 面の赤鉄鉱ナノ粒子は高い安定性を示し、複数の溶液条件下でも分散状態が保たれることが明らかになった。この研究は、ナノ粒子の分散性を保つために表面修飾剤を導入することなく、ナノ粒子の形状を制御することが効果的な方法であることを示している

<関連情報>

水性ヘマタイトナノ粒子のファセット依存的分散と凝集 Facet-dependent dispersion and aggregation of aqueous hematite nanoparticles

JIANBIN ZHOU , DUO SONG , SEBASTIAN T. MERGELSBERG , YINING WANG , […], AND KEVIN M. ROSSO
Science Advances  Published:14 Feb 2024
DOI:https://doi.org/10.1126/sciadv.adi7494

界面水の構造がナノ粒子分散を安定化させる仕組みを解明(Uncovering How Interfacial Water Structure Can Stabilize Nanoparticle Dispersion)

Abstract

Nanoparticle aggregates in solution controls surface reactivity and function. Complete dispersion often requires additive sorbents to impart a net repulsive interaction between particles. Facet engineering of nanocrystals offers an alternative approach to produce monodisperse suspensions simply based on facet-specific interaction with solvent molecules. Here, we measure the dispersion/aggregation of three morphologies of hematite (α-Fe2O3) nanoparticles in varied aqueous solutions using ex situ electron microscopy and in situ small-angle x-ray scattering. We demonstrate a unique tendency of (104) hematite nanoparticles to maintain a monodisperse state across a wide range of solution conditions not observed with (001)- and (116)-dominated particles. Density functional theory calculations reveal an inert, densely hydrogen-bonded first water layer on the (104) facet that favors interparticle dispersion. Results validate the notion that nanoparticle dispersions can be controlled through morphology for specific solvents, which may help in the development of various nanoparticle applications that rely on their interfacial area to be highly accessible in stable suspensions.

1700応用理学一般
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