科學家揭示四面體形狀納米粒子的可控生長機制

大自然里有許多對稱的形狀，我們人體的雙手就是對稱的結構。但是大自然也會產生不對稱的東西，為什么呢？萊斯大學（Rice University）的化學家Matthew Jones和他的團隊一直在尋找關于納米粒子相關問題的答案，如今他們似乎找到了一些線索。

研究團隊的一項新研究證明了，粒子生長過程中的對稱性被破壞，這樣卻可以可靠地形成金字塔形的金四面體納米晶體（gold tetrahedron nanocrystals）。

在對稱性破壞中，一個發展中系統的微小波動決定了系統的命運。在這種情況下，它適用于從納米級種子開始的晶體生長，這些種子具有對稱的原子晶格。

研究人員展示了如何在結晶過程中平衡熱力學和動力學力，以使顆粒向所需方向傾斜。他們的發現還為使用不對稱納米粒子作為獨特超材料的構建塊開辟了道路。

研究開發的技術可以讓研究人員通過一個足夠大的窗口觀察液體中單個金屬納米顆粒的形成。通常，透射電子顯微鏡在高真空下工作，只是蒸發暴露的液體。

研究人員指出，四面體形納米顆粒通常是其他過程的副產品，但有目的地在實驗室中制造它們是具有一定的挑戰性的。研究人員稱，如果一個粒子是一個單晶，它通常會繼承晶格的對稱性。而晶體往往是高度對稱的，像立方體或菱形十二面體或八面體。

這項新研究展示了液體細胞技術的效果。在他們觀察的同時，使含有配體和前體的流體流過細胞的能力，可以讓它們能夠回到生長誤入歧途的點，并重新定向最終納米顆粒產品的對稱性。生長的速度和條件似乎是關鍵，在這些條件下，金原子傾向于在顆粒的尖端和邊緣而不是熱力學上有利的面附著自己。

研究人員如今能夠篩選出一系列的條件，能夠看到一個光譜，一端是動能生長，另一端是平衡狀態。動能生長是快速的，突起生長得非?？?，它不是很好控制。在平衡狀態下，生長緩慢，系統做它想做的事，也就是保持對稱性。

但是液態細胞TEM能夠改變一個變量，并看到中間的行為。其中可以看到這種奇怪的對稱性破壞和一個定義明確的四面體顆粒出來。所以研究得出結論，這必須是平衡和動力學因素之間的平衡。

研究人員認為，這一發現也確立了液態細胞TEM作為觀察和分析動態化學過程的一個有價值的工具，有可能消除在合成生物醫學、催化或納米光子學所需的顆粒時進行大量試驗和錯誤。

題為Understanding Symmetry Breaking at the Single-Particle Level via the Growth of Tetrahedron-Shaped Nanocrystals from Higher-Symmetry Precursors的相關研究論文發表在《ACS Nano》上。

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論文原文：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.1c04056

標簽： 納米 四面體形狀