触媒活性が強化された Ni 酸化物ナノ構造に対する Au@Pd ナノ粒子のバイメタル効果の解明

Scientific Reports volume 13、記事番号: 3203 (2023) この記事を引用

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半導体電極のバイメタル装飾は、よく知られている相乗効果により、通常、触媒性能とセンシング性能を向上させます。半導体のエネルギーバンドに対するこのような影響を顕微鏡的かつ定量的に調査することは、さらなる開発に非常に役立ちます。 Au、Pd、および Au@Pd (コア@シェル) ナノ粒子 (サイズ 10 ～ 20 nm) は、化学還元法によって合成され、走査型および透過型顕微鏡、ラザフォード後方散乱分光法、サイクリックボルタンメトリー電気化学インピーダンス分光法、およびモットショットキー分析によって特性評価されました。ナノ粒子は、単金属または二金属ナノ粒子による装飾の効果を定量的に調査することを目的として、Ni ベースのナノ構造電極を装飾するために使用されています。装飾された電極は、裸の電極よりも高い酸化還元電流と酸化還元ピークのシフト (最大 0.3 V) を示します。これは、より効率的な電子輸送と触媒特性の向上によるものと考えられます。これらの効果は、ナノ粒子と半導体の界面にナノショットキー接合を使用して十分にモデル化されており（COMSOL）、大きなエネルギーバンドの曲がり（最大0.4 eV）、空間電荷領域、および局所電場（最大\({10}^{ 8}\mathrm{ V }{\mathrm{m}}^{-1}\)) のバイメタル装飾。モデルを強化するために、装飾された酸化ニッケル電極によるグルコースと H2O2 の検出テストが実行されました。バイメタルナノ粒子の存在により、感度、触媒活性、電気輸送の点で材料の電気化学的性能が大幅に向上します。半導体におけるエネルギーバンド図の変化は、酸化還元反応中の電子移動の観点からも分析および議論されます。

バイメタルナノ粒子（NP）は、その興味深い物理的および化学的特性と、材料科学の多くの分野（触媒、光触媒、光学、センシング、およびナノ医療）への応用により、過去 10 年間で多大な関心を集めてきました 1,2,3,4 、5。実際、金属表面に 1 つ以上の化学元素を追加/置換すると、表面吸着物の可能な結合形状が増加し、同時に表面の電子構造が変化します6。一般に、バイメタル NP は、その混合パターン (化学的秩序) と幾何学的構造に従って分類できます。 NP には主に 2 つのカテゴリがあり、コアシェル (またはコア@シェル) とナノコンポジットバイメタル NP が識別できます。前者の場合は規則正しい原子配列があり、後者の場合はランダムに混合された原子です2。順序とは無関係に、触媒性能とセンシング性能の一定の向上が観察され、通常は相乗効果を推測して説明されます7。実際、NP の最も基本的な特性は、バルク特性の外挿として説明することはできません。理論的な観点から見ると、バイメタル NP は、新しい理論的概念と技術の開発に理想的なテストベンチを提供し、基本的な興味深い一連の疑問を提示します 8。

いくつかの理論的研究により、表面吸着と化学反応に対するこの相乗効果が研究されました9、10、11、12、13、14。異種金属原子が金属ホストに追加されると、異種原子を受け入れるための局所的な結合の変化によって、d バンドの位置と充填に重要な変化が発生します。通常、d 電子の数はこれらの変化の影響を受け、その変化はバイメタルナノ粒子の反応性の変化につながります 15。実験的な観点から見ると、バイメタル NP の効果は、感度 16、17、触媒活性 11、14、18、および電気特性 19、20 の点で顕著な向上を引き起こします。しかし、ほとんどの実験論文は、バイメタル効果の測定や不特定の相乗効果の誘発を超えて、それを微視的に特徴付けてモデル化する試みを見逃しています21。バイメタル NP における触媒の結果と相乗効果の関係を深く理解することは、低コスト、強化された活性、および高い選択性を備えた、より効率的なセンサーの開発に役立つ可能性があります 21。

バイメタル NP のさまざまな用途の中でも、電気化学センサーは、そのシンプルさ、低コストの製造、および最小化の容易さのおかげで相乗効果を活用するのに大きく関与しており、より高い感度と選択性をもたらします 22,23,24,25,26,27 、28、29、30。特に、コアシェル型バイメタル Au@Pd NP は、優れた相乗効果を持つことが観察されています 11、12、13、14、26、31。ほとんどの場合、バイメタル NP による装飾の効果は、平らな基板またはバルク基板上で評価されます 12、26、32、33、34。バイメタル NP の強化された電極触媒活性と電気化学的安定性は、高感度と選択性を達成する電気化学的酵素フリーのセンシングに利用されました 12,34,35。ナノ構造基板上の NP の存在は、ナノ構造の利点 (大きな表面積および/または量子サイズ効果) を相乗効果の特異性と結び付けることができます。

この研究では、Au、Pd、および Au@Pd (Au コア、Pd シェル) の NP による Ni 酸化物ナノ構造の装飾を実験的に研究します。バイメタル NP は、Ni ベースの電極の触媒性能と検出性能に重要な改善をもたらします。金属/半導体界面におけるエネルギーバンドの曲がりとの相乗効果をモデル化するために、形態学的、化学的、電気化学的特性評価をマルチフィジックスシミュレーションとともに使用しました。

Au または Pd または Au@Pd NP を含む分散液は、最も一般的なクエン酸三ナトリウム 37、38、39、40 の代わりにアスコルビン酸 (AA) を還元剤 36 として使用し、室温でグリーン化学還元法によって生成されました。単金属 Au および Pd NP は、30 mL の 0.12 mM \({\mathrm{HAuCl}}_{4}\) に 30 \(\mathrm{\mu L}\) の 33 mM AA を加えることによって合成されました (Sigma-Aldrich) 、米国ミズーリ州セントルイス、\(\ge\) 99.9%) および 0.9 mM \({\mathrm{PdCl}}_{2}\) (Sigma-Aldrich、米国ミズーリ州セントルイス、\) (\ge\) 99.9%) の水溶液。溶液を５分間撹拌した。 Au@Pd NPの合成に関しては、10 mLのAu NPコロイド溶液と30 mLの\({\mathrm{PdCl}}_{2}\)水溶液を50 \(\mathrm{\μ L}\)と混合しました。 AA (Sigma-Aldrich、セントルイス、ミズーリ州、米国) を加え、5 分間撹拌しました (図 1a)。分散液はさらに洗浄せずに使用した。

(a) Au@Pd コアシェル NP の概略図。代表的な Au (b、c)、Pd (d、e)、および Au@Pd (f、g) NP の STEM (b、d、f) 画像および EDX (c、e、g) 元素マップ。

フッ素ドープ酸化スズ (FTO) 基板 (\(1\times 2\mathrm{c}{\mathrm{m}}^{2}\)、抵抗率 \(\sim 13\Omega/\mathrm{sq}\ )、Sigma-Aldrich、セントルイス、ミズーリ州、米国) をアセトン、イソプロピルアルコール、脱イオン水 (MilliQ、18 \(\mathrm{M\Omega}\)) でリンスし、\({\mathrm) で乾燥させました。 . {N}}_{2}\) ガスの流れ。洗浄した基板上に \(\mathrm{Ni}{\left(\mathrm{OH}\right)}_{2}\) ナノ構造を、50 °C でのバスマリー構成による化学浴堆積 (CBD) によって得ました41。 . . . . CBD の溶液は、0.42 M \({\mathrm{NiSO}}_{4}\cdot 6{\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O}\) (Merck、ダルムシュタット、ドイツ、 98%)、0.07 M \({\mathrm{K}}_{2}{\mathrm{S}}_{2}{\mathrm{O}}_{8}\) (Alfa Aesar、カンデル、ドイツ) 97%) および 3.5 wt% アンモニア (Merck、ダルムシュタット、ドイツ、\({\mathrm{H}}_{2}\) に 30 ～ 33 wt% \({\mathrm{NH}}_{3}\) mathrm{O}\))。抽出後、サンプルを脱イオン水 (MilliQ、18\(\mathrm{M\Omega}\)) ですすぎ、\({\mathrm{N}}_{2}\) ガス中で乾燥させ、350 ° でアニールしました。 Ar中でC °Cで60分間、続いてフォーミングガス中で60分間（FG、\(\mathrm{Ar}:{\mathrm{H}}_{2}\) 95:5混合物）。このプロセスでは、アニーリング雰囲気が低下するため、金属 Ni ナノ構造が得られます 42。次に、調製したモノメタルまたはバイメタル NP 分散液 50 \(\upmu\)L を使用して、スピンコーティング (500 rpm、60 秒) によって金属 Ni ナノ構造を装飾します。サンプルをホットプレート上で 80 °C で 10 分間乾燥させました。最後に、酸化ニッケル電極 (NOE) を数サイクルのサイクリックボルタンメトリー (CV、0.1 M NaOH 中で、スキャン速度 \(0.05\mathrm{V}{\mathrm{s}}^{-1}\)) によって取得しました。 ; ) SCE に対して -0.3 ～ 0.9 V で、Ni43 の表面酸化を引き起こします。装飾されたサンプルは、NP の種類に従って NOE 上に標識されます（たとえば、Au-NOE は、Au NP で装飾された NOE を指します）。

UV-Vis 分光分析は、Varian Cary 500 (Agilent technology、米国カリフォルニア州) ダブルビーム走査 UV/Vis/NIR 分光光度計 (走査範囲 350 ～ 800 nm) を使用して、Au 溶液に対して実行されました。

分散液中の NP の元素組成は、ラザフォード後方散乱分光法 (RBS、法線入射で 2.0 MeV \({\mathrm{He}}^{+}\) ビーム) により、NP でコーティングされた Si ウェハー上で (スピンコーティング経由で) 評価されました。 ) 3.5 MV HVEE Singletron 加速器システム (High Voltage Engineering Europa、オランダ) を使用した 165°の後方散乱角。 RBS スペクトルは、XRump ソフトウェア 44 を使用して分析しました。

表面形態は、走査型電子顕微鏡（SEM、Gemini電界放射型SEM Carl Zeiss SUPRA 25、FEG-SEM、Carl Zeiss Microscopy GmbH、イエナ、ドイツ）を使用して分析しました。

TEM グリッド上に分散された Au、Pd、および Au@Pd NP の透過型電子顕微鏡 (TEM) 分析は、Cs プローブ補正された JEOL JEM ARM200F 顕微鏡を使用し、走査型 TEM (STEM) モードで動作する 200 keV の一次ビームエネルギーで実行されました。エネルギー分散型 X 線 (EDX) 分光法用の 100 mm2 シリコンドリフト検出器が装備されています。 EDX 元素マッピングの場合、Au M および Pd L の X 線信号は、同じ領域を 1 ms の滞留時間で複数回スキャンすることによって収集されました。 TEM 画像と EDX スペクトルは、DigitalMicrograph® ソフトウェア 45 を使用して分析されました。

電気化学測定は、VersaSTAT 4 ポテンショスタット (Princeton Applied Research、米国) と、白金対電極、参照電極として飽和カロメル電極 (SCE)、および作用電極としてサンプルを使用した 3 電極セットアップを使用して、室温で実行されました。不活性ガスをパージせずに。 0.1 M NaOH (Sigma Aldrich、セントルイス、ミズーリ州、米国) を支持電解質として使用しました。サイクリックボルタンメトリー (CV) 曲線は、参照電極 (SCE) に対して - 0.3 ～ 1.0 V の電位をスキャンしながら、50 \(\mathrm{mV }{\mathrm{s}}^{-1}\) のスキャン速度で記録されました。。電気化学インピーダンス分光法 (EIS) は、周波数範囲 \({10}^{4}\div{10}^{-1}\) Hz の 5 mV 正弦波電圧を重畳して、酸化ピーク電位で実行されました。モット・ショットキー（M-S）分析は、周波数 1000 Hz、電位範囲 \(-0.5\div1\) V 対 SCE で裸および装飾 NOE サンプルに対して実行されました。クロノアンペロメトリー (CA) 分析を使用して、さまざまな量のグルコース (d-(+)-グルコース、Sigma-Aldrich、セントルイス、ミズーリ州、米国) の連続添加に対するサンプルの反応を研究しました。 H}}_{2}{\mathrm{O}}_{2}\) (30 w/w% \({\mathrm{H}}_{2}{\mathrm{O}}_{2} \) を \({\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O}\)、Sigma-Aldrich、セントルイス、ミズーリ州、米国) で 0.1 M NaOH 溶液に加えます。

半導体のエネルギーバンド、電子濃度、金属/半導体界面の電場のシミュレーションは、COMSOL Multiphysics ソフトウェア 46 によって実行されました。

バイメタルAu@Pd NPの合成を図1aに示します。コロイド分散液内の Au、Pd、および Au@Pd NP の存在は、UV-Vis 分光法でチェックされました (図 S1a)。 Au スペクトルは狭くて鋭いプラズモニックピーク (約 530 nm を中心とする) を示し、これはコロイド状の安定した NP の存在を明確に示しています 39。一方、Pd コロイド溶液の場合にはピークは観察されません (コロイド状であることが知られています)。 AA を使用して合成された Pd NP の分散体は、明確な吸収バンドを示しません 36)。一方、Au@Pd 分散では、Au と Pd の両方が同時に存在するため、530 nm の Au ピークが大幅に減少しています。これは、Au 原子が NP のコアに閉じ込められているのに対し、Pd 原子は NP のコアに閉じ込められていることを示唆しています。面36、47。 RBS分析（図S1b）は、予想どおりSi上にAu（1.8MeVのピーク）およびPd（1.7MeVのピーク）の存在を確認します。 Au と Pd の量はピーク面積に比例するため、RBS を使用して、平らな Si 基板の装飾後にモノメタルおよびバイメタル NP が有効に存在することを確認しました 48。 Au@Pd NP の場合、Au と Pd の量は \(7.0\times {10}^{15}\mathrm{ at c}{\mathrm{m}}^{-2}\) および \ (c}{\mathrm{m}}^{-2}\ で、それぞれ 1.6\times {10}^{15}\mathrm{) さらに、これらのピークは、単金属の場合よりもエネルギーが広くなります。このような特徴は、モノメタルの場合よりも大きな NP 平均サイズをもつ NP の 3D 凝集体が表面に広がっていることを示しています。

代表的なAu、Pd、およびAu@Pd NPのSTEM写真とEDXカラーマップを図1b〜gに示します。 Au NP は、結晶構造により、直径が約 \((20\pm 3)\) nm の非常に均一で、いくつかの凹凸を備えた丸みを帯びた形状をしています (図 S2a)。 Pd NPも球形（サイズが数ナノメートルから数百ナノメートルの範囲である、図S2b）を示している場合でも、小さなPd粒子が明確かつ遍在的に存在することから、Pd NPは常にこれらの非常に小さな粒子で構成されていることがわかります。 Au@Pd NPのSTEM画像は、より小さなPdクラスターで構成されるAuコア（\（\sim\）25 nm）とPdシェル（\（\sim\）10 nm）の存在を明らかにします（図1f）。コアシェルのような構造。この結果は、STEM EDX 分光データで確認されています。実際、図1gの元素マップと図S2cの対応するラインスキャンは、コアシェル構成の明らかな証拠を示しています。

Niベースの電極は、図2に示す3段階の合成によって得られました（図2aを参照）。 50 °C の CBD は、薄い (\(\sim\) 20 nm) の相互接続されたシートを備えた \(\mathrm{Ni}{\left(\mathrm{OH}\right)}_{2}\) ナノウォール構造をもたらします基板に対して垂直です。 350℃での還元熱プロセス（Ar中で1時間、FG中で1時間）により、構造的および化学的変化が起こり、ナノウォールが金属Ni NP（大きさ20 nm）の鎖状クラスターに変換されます（図2b）。）43．このようなNi NPは、コロイド分散液をスピンコーティングし、ホットプレート上で80℃で20分間乾燥させることにより、単金属および二金属NPで修飾されました（図2c）。

(a) Ni NP の合成と修飾の概略図。 (b) 多孔質 Ni NP の SEM 画像。 (c) Ni NP の上部に固定された Au@Pd NP の高倍率 SEM 画像 (青い矢印)。

次に、裸のまたは装飾された金属 Ni NP を電気化学的方法で修飾し、数サイクルのサイクリックボルタンメトリー (CV、0.1 M NaOH、走査速度 \(0.05\mathrm{ V }) を通じて酸化ニッケル/水酸化ニッケルの薄層を形成しました。 {\mathrm{s}}^{-1}\)) − 0.3 ～ 0.9 V 対 SCE (図 3a)43,49。 Ni の表面酸化は、薄い半導体 Ni 酸化物/水酸化物で覆われた金属 Ni 骨格からなる Ni 酸化物電極 (NOE) を製造するための最後のステップであり、おそらくは単金属または二金属 NP で修飾されています。

(a) 修飾された NOE の断面図。裸電極と装飾電極の電気化学的特性評価: (b) サイクリックボルタモグラム、(c) EIS 解析からのナイキストプロット、(d) モットショットキープロット。バイメタル NP 装飾は、モノメタル NP の場合と比較して、より大きな変化を引き起こします。

図 3b は、Au、Pd、および Au@Pd NP で修飾された電極と比較した裸電極のサイクリックボルタモグラムを示しています。 CV 曲線は、0.1 M NaOH 中で \(0.05\mathrm{ V }{\mathrm{s}}^{-1}\) のスキャンレート、SCE に対して - 0.3 ～ 0.9 V で、安定するまで数サイクル記録しました。ボルタモグラムが得られます。これにより、表面 Ni が \(\sim 3\mathrm{ to }4\) nm \(\mathrm{NiOOH}/\mathrm{Ni}{\left(\mathrm{OH}\right)} に酸化されます。 _{2}\) シェルは Ni NP を均一に回収します43,49。実際、CV 曲線は常に \(\mathrm{V}=0.6\div 0.75\) V 対 SCE (酸化ピーク) および \(\mathrm{V}=-0.05\div 0.15\) 付近に一対の酸化還元ピークを示します。 V 対 SCE (還元ピーク)、アルカリ性媒体中での可逆遷移 \({\mathrm{Ni}}^{2+}/{\mathrm{Ni}}^{+3}\) によって引き起こされます41,50,51:

微視的な観点から見ると、電気化学分析によってテストされた液体/固体界面は、使用された電解液 (0.1 M NaOH) と \(\mathrm{NiOOH}/\mathrm{Ni}{\left(\mathrm{OH}\) で構成されています。右)}_{2}\) モノメタルまたはバイメタル NP で装飾された半導体。 Ni 電極の酸化還元挙動に対する装飾の影響は、裸の半導体と装飾された半導体を比較することによって得られます。裸の電極と比較して、装飾された電極は酸化と還元の両方でより高いピーク電流を示します。さらに、陽極 (\({E}_{p,a}\)) と陰極 (\({E}_{p,c}\)) のピーク電位間のギャップ (\(\Delta {E}_) {p}={E}_{p,a}-{E}_{p,c}\)) は、特にバイメタルの場合、装飾電極で減少します。同時に、特にバイメタル NP の場合、アノードとカソードの両方のピークの半値全幅 (FWHM、ピーク 1 からバックグラウンド信号を差し引いて計算) も装飾後に減少します (図 S3 はバックグラウンド後の酸化還元ピークを示しています)引き算）52、53、54。 NP の存在が FTO 基板ではなく主に NOE に影響を与えることを確認するために、Au、Pd、および Au@Pd NP 修飾 FTO での CV を実行しました。図S4に示すように、CV曲線は相互に差を示さないため、モノメタルNPもバイメタルNPもITOの電気化学的性能に影響を与えません。これは、NP の装飾が NOE の酸化還元挙動の変更にどのように効果的であるかを明確に示しています。 CVサイクルにより金属Ni NP表面にNi酸化物/水酸化物シェルが作成されますが、ナノ構造の形態は変更されないことに注意することが重要です（電気化学測定後のNOEのSEM画像を図S5に示します）。

EIS は、電極の界面特性を研究するために使用されました。詳細はSIで報告されています。図 3c は、単純なランドルズ回路 (挿入図) を仮定したフィッティングラインとともに、裸の電極と変更された電極のインピーダンスの実部と虚部 (ナイキストプロット) を示しています。装飾により、ナイキストプロットの半円形が劇的に変化し、円の直径 (電荷移動抵抗 (\({R}_{ct}\) を表す) が \(12.5\Omega\)(bare NF) から \ に減少します。 (10-11\Omega\) (Au または Pd-Ni NF)、から \(5.5\Omega\) (Au@Pd-NF) に適合パラメータを表 S1 に報告します。ピーク電位の減少は、これらの結果は、特にバイメタルの場合、装飾が電子移動速度を加速することを証明しており、\( \Delta {E}_{p}\) を CV カーブに追加します。

ナノ構造電極上のモノメタルおよびバイメタルの装飾をさらに調査するために、モット・ショットキー (M-S) 分析を実行しました (詳細は SI を参照)。図3dで報告されているように、M – Sプロットは通常、サンプルに印加された電位（\(E\)）の関数として測定された二乗静電容量の逆数（\({C}^{-2}\））を報告します。。 \(\mathrm{E}\) を増加させると、\({C}^{-2}\) はゼロになり、固体と電解質の界面での静電容量がますます大きくなることを示します。 \(\mathrm{Ni}{\left(\mathrm{OH}\right)}_{2}\) が 61,62 であるように、このような動作は p 型半導体の典型的なものです。いわゆるフラットバンドポテンシャル、x 軸との切片 (\({E}_{FB}\))63,64,65,66,67,68,69 は、\(C が飽和するポテンシャルを示します) \) が発生します (表 1)。平面状の半導体電極では、開路電位 (\({E}_{OC}\))) で適切に補正した後、\({\Delta {E}_{MS}=E}_{FB}-{E} _{OC}\) は平衡状態で曲がるエネルギーバンドを表します (フラットフェルミエネルギー、電極から電解質まで)70。エネルギーバンドの曲がりは、裸の半導体表面または修飾された半導体表面のフェルミ準位と電解質の酸化還元電位の整列から生じます71。装飾があると、\({\mathrm{E}}_{\mathrm{FB}}\) がより正の電位に向かって明確にシフトし、バイメタルの場合は最大 0.4 V になります (表 1)。たとえ私たちの電極が平面ではなくナノ構造の半導体であるとしても、そのような証拠は、モノメタルとバイメタルの装飾によるエネルギーバンドの曲がりの重要な違いを指摘しています。 \({E}_{FB}\) の値が大きいほど、静電容量を飽和させるにはより正の電位が必要であることを示します。このデータは、次のようにバイメタル効果のモデリングに役立ちます。

電気化学分析データから定性的および定量的な情報を抽出できます。各サンプルの酸化（\({E}_{p,a}\)）および還元（\({E}_{p,c}\)）ピークの電位が図4aに報告されています。ボルタンメトリーのピークの位置には、発生する電気化学プロセスの熱力学と反応速度論の両方に関する情報が含まれます (この場合は式 1)71,72,73。電極の酸化（または還元）のための活性化エネルギーは、電極に電位を印加することによって提供されます。私たちの NOE では、以前にモデル化したものと同様の方法で、金属骨格が触媒表面に効果的なバイアスを与え、電位降下を低減していることに注意する必要があります 43。活性化障壁が増加すると、システムの電気化学的不可逆性が増加し、反応が起こるために過電圧が必要となり、酸化 (還元) ピークがより高い (より低い) 電位にシフトします。図4aは、式4の活性化障壁を低下させることによるNP修飾の触媒作用を表しています。 (1)。注目すべきは、モノメタル装飾の効果を克服するバイメタル効果であり、\({\Delta E}_{p}\) を大幅に低減します。

金属 NP 装飾 (標識された 2 つのピーク位置間のピーク分離) の関数としての (a) \({E}_{p,a}\) と \({E}_{p,c}\) の変化\(\Delta {E}_{p}\)) として、(b) アノードとカソードのピークの FWHM。 (c) \(\Delta {E}_{p}\) と \(\Delta {E}_{MS}\) の関係。 (e) Au@Pd-NOE サンプルの伝導帯最小値 (CBM)、および (f) 円形の Au@Pd ドット下の電場マップの COMSOL シミュレーション。

図 4b はすべてのピークの FWHM を示しており、装飾による明らかな縮小傾向を示しています。活性化エネルギーの触媒による減少は、FWHM とアノードとカソードの両方のピークの減少にもつながり、固体 - 電解質界面での電子移動がますます有利になります。

図 4c は、図 3 から得られた \(\Delta {E}_{p}\) と \(\Delta {E}_{MS}\) の関係を明確にしています。バイメタル装飾サンプル）、酸化ピークと還元ピーク間のエネルギー分離が減少し、裸のサンプルと比較して強い触媒効果の指標となります。モノメタルまたはバイメタルの装飾は、電子スピルオーバー効果によりエネルギーバンドの曲がりを増加させ、空間電荷領域と潜在的に非常に高い局所的な電場をもたらします19,40。

\(\mathrm{Ni}{\left(\mathrm{OH}\right)}_{2}\) ナノ構造上に金属 NP を配置した場合の効果 (電場とエネルギーバンド位置に対する) を計算して視覚化するには、 COMSOL46 シミュレーションは、半導体上に配置された単一の金属円形ドット (大きさ 20 nm) を想定し (図 S6a)、ナノショットキー接合をシミュレートして実行されました 18、40、70。このシミュレーションでは、表面欠陥や温度依存性は考慮されておらず、実験的に抽出されたモット・ショットキーバンドの曲がりが考慮されています(表1)。実際、M-S 測定はサンプルの平均的な挙動を返しますが、装飾部位でのエネルギーバンドの曲がりを局所的に定量化したものではありません。これらの制限にもかかわらず、シミュレーションはモノメタルおよびバイメタル装飾の触媒効果を理解するのに役立ちます。 p型半導体は、金属ドットの下で電子が非常に豊富です（波及効果）（図S6）。これは、そのエネルギーバンドが下向きに曲がっていることを意味します。深さとNP中心からの距離の関数としてのAu@Pd装飾サンプルの伝導帯最小値（CBM）のエネルギーマップを図4dに報告します。 CBM の下向きの曲がりは半導体内でほぼ 5 nm に広がり、NP の下でバルクに向かう巨大な電場を示します。 NOE の金属コア上の薄いシェル (3 ～ 4 μm) に Ni 酸化物が閉じ込められているケースを考慮すると、ナノ構造全体に電子が枯渇している (巨大な構築物によって表面に向かって押しやられている) と仮説を立てるのが合理的です。 -電界中）。バイメタルの場合の装飾部位の電場の2Dマップを図4eに示します。 \({10}^{8}\mathrm{ V }{\mathrm{m}}^{-1} までの強度が明らかになります\)。独特の「ハロー効果」は、NP エッジでの最大の電位勾配によって発生します 40。 AuとAu@Pd装飾の間の装飾サイトでのバンド曲がりと電子濃度の比較を図S6b、cに示します。バイメタル修飾は、Au NP 修飾と比較して 10 倍高い電子濃度を誘発し、コアシェルナノ構造における Au と Pd の相乗効果が修飾電極の触媒作用をどのように高めることができるかを指摘しています。

図 5 は、ナノショットキー接合の形成の結果として装飾サイトでのエネルギーバンドの曲がりを利用したバイメタル効果のモデルの概略図を示しています。裸の電極（図5a）と比較して、モノメタルおよびバイメタルNPの存在（図5b、c）は、より大きな\(\Delta {E}_{MS}\)を誘発し、エネルギーバンドのより大きな曲がりを示します。半導体。エネルギーバンドの勾配は、空間電荷領域から生じる局所的な電場の強度を表します。次に、モノメタルおよびバイメタルの NP 装飾により、固体と電解質の界面に不動の正電荷が蓄積されます。バイメタルの場合、その範囲が最も大きくなります。このシナリオでは、装飾部位での大きな電場により、正味局所的な電荷の不均衡が生じ、電極側の Ni 酸化物に電子が蓄積され、電極側で \({\mathrm{OH}}^{-}\) イオンが蓄積されます。電解質側。電極表面に近い \({\mathrm{OH}}^{-}\) イオンの濃度が増加すると、\(\mathrm{Ni}{\left(\mathrm{OH}\right) の変換がより有利になります。電位の陽極スキャン中に、}_{2}\) から \(\mathrm{NiOOH}\) (式 1) に変換されます。一方、電子の蓄積により、陰極スキャン中の電極の還元が促進されます。バイメタル NP 装飾では、おそらく Au@Pd コア@シェル NP の異なる d バンド充填により、そのような触媒作用が強化されます 11,15。

(a) 裸電極、(b) Au (または Pd)、および (c) 固液界面における Au@Pd 修飾電極のエネルギーバンド曲がりと局所電場 E のスキーム。

モデルを検証するために、酸化条件と還元条件の両方でセンシングテストが実施され、それぞれグルコースと \({\mathrm{H}}_{2}{\mathrm{O}}_{2}\) が検出されました。 NOE、Au-NOE、Pd-NOE、および Au@Pd-NOE サンプルの電流測定応答は、グルコースまたは \({\mathrm{H}}_{2}{\mathrm{O}}_) を連続的に添加することによって記録されました。 .{2}\) を 50 mL の NaOH (0.1 M) を含む電気化学セルに加えます。図 S7 は、グルコースまたは \({\mathrm{H}}_{2}{\mathrm{O}}_{2}\) を連続的に添加した場合の電極の典型的な電流時間プロットを示しています。定常状態の電流は通常、添加後 2 ～ 3 秒後に得られます。グルコース検査に関しては、作製したサンプルの感度は \(2.41, 2.75, 2.52, 2.90\mathrm{mA c}{\mathrm{m}}^{-2}\mathrm{m}{\mathrm{M}} . ^{-1}\) はそれぞれ NOE、Au-NOE、Pd-NOE、Au@Pd-NOE です。同じ電極を \({\mathrm{H}}_{2}{\mathrm{O}}_{2}\) テストで使用すると、感度は \(23.6, 130.9, 127.4, 340\mathrm{\) となりました。 mu A c}{\mathrm{m}}^{-2}\mathrm{m}{\mathrm{M}}^{-1}\)。図 6 は、得られた電極の感度をまとめたもので、文献にある同様のセンサーとの大きな比較を表 S2 に示します。グルコース検査では感度に大きな変化は認められませんが、\({\mathrm{H}}_{2}{\mathrm{O}}_{2}\) 検出では、バイメタル NP が \({\mathrm {H}}_{2}{\mathrm{O}}_{2}\) の減少は、裸の NOE よりも約 1 桁高く、単金属 NP で修飾されたサンプルよりもほぼ 3 倍高い感度で起こります。

グルコースおよび \({\mathrm{H}}_{2}{\mathrm{O}}_{2}\) テストに対する NOE、Au-NOE、Pd-NOE、および Au@Pd-NOE の感度。

これらの結果は、装飾によって引き起こされるエネルギーバンドの曲がりのモデルを強化します。裸の NOE (NiO および \(\mathrm{Ni}{\left(\mathrm{OH}\right)}_{2})\) は p 型半導体でできています 61,62 が、装飾された NOE は、デコレーションサイト。グルコースの酸化中、電子は溶液から電極に移動するため、装飾後に目立った影響は観察されません。一方、\({\mathrm{H}}_{2}{\mathrm{O}}_{2}\) の還元中は、NOE の表面での電子の利用可能性により、装飾電極の感度が向上します。裸のもの。グルコースの酸化と \({\mathrm{H}}_{2}{\mathrm{O}}_{2}\) の還元の間の感度の桁違いは、次のことを考慮することで簡単に説明できます。 NP に近い領域 (つまり、ナノショットキー接合) でのみ、電場によってエネルギーバンドの変更と電子の蓄積が引き起こされます。結果として、\({\mathrm{H}}_{2}{\mathrm{O}}_{2}\) 還元で活性となるのは、表面 (利用可能な電子の濃度が高い) のごく一部だけです。グルコースの場合、材料全体が酸化反応の原因となります。さらに、より高い電場と電子濃度を伴う Au と Pd の相乗効果により、対応する単金属よりも感度がさらに向上し、電気化学的性能が向上します。

Au、Pd、および Au@Pd (コア@シェル) ナノ粒子を低コストの方法で合成し、Ni 酸化物ナノ構造電極の修飾に使用しました。モノメタルおよびバイメタルの装飾の効果は、電子顕微鏡および電気化学分析技術によって慎重に調査され、コア@シェルナノ粒子による装飾により、Ni酸化還元反応とH2O2センシングテストの両方においてより高い触媒効果が得られることが明らかになりました。次に、ナノ粒子と半導体の界面にナノショットキー接合を使用して装飾効果をモデル化しました。これにより、大幅なエネルギーバンドの曲がり（装飾面の下に 5 nm まで延びる）と巨大な局所電場（最大 \({10}^) が発生します。 {8}\mathrm{ V }{\mathrm{m}}^{-1}\))、触媒ブースターを引き起こします。バイメタルナノ粒子は、より優れた触媒性能と相関関係にあるより大きなバンド曲がりを生み出し、感度が 10 年以上向上しました。ナノ粒子と半導体の界面に近い微視的スケールでの電子移動の洞察が得られます。

この研究中に生成または分析されたすべてのデータは、この公開された論文 [およびその補足情報ファイル] に含まれています。

Loza, K.、Heggen, M. & Epple, M. 貴金属のバイメタルナノ粒子の合成、構造、特性、および応用。上級機能。メーター。 30、1909260。https://doi.org/10.1002/adfm.201909260 (2020)。

記事 CAS Google Scholar

Ferrando, R.、Jellinek, J. & Johnston, RL ナノアロイ: 合金クラスターとナノ粒子の理論から応用まで。化学。改訂 108、845–910。 https://doi.org/10.1021/cr040090g (2008)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Gilroy, KD、Ruditskiy, A.、Peng, HC、Qin, D. & Xia, Y. バイメタルナノ結晶：合成、特性、および応用。化学。改訂 116、10414 ～ 10472。 https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.6b00211 (2016)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Sytwu, K.、Vadai, M. & Dionne, JA バイメタルナノ構造: 光触媒のためのプラズモニック金属と触媒金属の組み合わせ。上級物理学。 X 4、1619480。https://doi.org/10.1080/23746149.2019.1619480 (2019)。

記事 CAS Google Scholar

Mandal, R.、Baranwal, A.、Srivastava, A.、Chandra, P. バイメタルナノ粒子を組み込んだバイオ/化学センサー製造の進化するトレンド。バイオセンス。バイオ電子。 117、546–561。 https://doi.org/10.1016/j.bios.2018.06.039 (2018)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Hammer, B. & Nørskov, JK 理論的表面科学と触媒 - 計算と概念。上級カタル。 45、71–129。 https://doi.org/10.1016/S0360-0564(02)45013-4 (2000)。

記事 CAS Google Scholar

Di Liberto, G.、Pifferi, V.、Lo Presti, L.、Ceotto, M. & Falciola, L. 金属半導体ナノ複合材料における層間電荷移動の原子論的説明: 銀とアナターゼの場合。Ｊ．Ｐｈｙｓ．化学。レット。 8、5372–5377。 https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.7b02555 (2017)。

論文 CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Fortunelli, A. & Barcaro, G. 遊離および担持金属ナノクラスターおよびナノアロイの密度汎関数理論。金属クラスターとナノ合金 29–79 (Springer、2013)。 https://doi.org/10.1007/978-1-4614-3643-0_2。

Google Scholar の章

AJ 州ログスデイル、LO パスバーボン、カリフォルニア州ダウニング DFT で計算された、Core@Shell 偏析によるバイメタル貴金属ナノ粒子の特性の傾向。Ｊ．Ｐｈｙｓ．化学。 C 122、5721–5730。 https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.7b10614 (2018)。

記事 CAS Google Scholar

Mamun, O.、Winther, KT、Boes, JR & Bligaard, T. バイメタル合金表面の触媒特性のハイスループット計算。科学。データ 6、76。https://doi.org/10.1038/s41597-019-0080-z (2019)。

論文 CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Zhu、X.ら。 AuPd ナノ合金触媒の表面電荷を最適化し、触媒活性を向上させます。ナット。共通。 10、1428。https://doi.org/10.1038/s41467-019-09421-5 (2019)。

論文 ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Gao, F. & Goodman, DW Pd-Au 二金属触媒: 平面モデルと (サポートされた) ナノ粒子からの合金の効果を理解します。化学。社会改訂 41、8009 ～ 8020。 https://doi.org/10.1039/c2cs35160a (2012)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Zhang, L.、Xie, Z. & Gong, J. 触媒用途のための Au-Pd バイメタルナノ結晶の形状制御合成。化学。社会改訂 45、3916 ～ 3934。 https://doi.org/10.1039/c5cs00958h (2016)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Silva, TAG、Teixeira-Neto, E.、López, N. & Rossi, LM アルコールの選択的酸化における Au-Pd コアシェルナノ粒子の火山のような挙動。科学。議員 4、5766。https://doi.org/10.1038/srep05766 (2014)。

論文 ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Nørskov, JK、Studt, F.、Abild-Pedersen, F. & Bligaard, T. 不均一系触媒の基本概念 (Wiley、2014)。 https://doi.org/10.1002/9781118892114。

Google Scholar を予約する

Felix, S.、Grace, AN & Jayavel, R. Au-CuO ナノ複合材料に基づくグルコースの高感度電気化学検出。Ｊ．Ｐｈｙｓ．化学。固形分 122、255 ～ 260。 https://doi.org/10.1016/j.jpcs.2018.06.038 (2018)。

記事 ADS CAS Google Scholar

Shang, L.、Zeng, B. & Zhao, F. H2O2 の高効率電極触媒還元のための新しい窒素ドープグラフェン - 中空 AuPd ナノ粒子ハイブリッド膜の作製。 ACS アプリケーション。メーター。インターフェイス 7、122 ～ 128。 https://doi.org/10.1021/am507149y (2015)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Cosentino, S. et al. ZnO ナノロッド電極の電気化学的活性の強化における AuxPt1-x クラスターの役割。Ｊ．Ｐｈｙｓ．化学。 C 121、15644–15652。 https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.7b00480 (2017)。

記事 CAS Google Scholar

Bahariqushchi、R. et al. バイメタル AuPt ナノクラスターで装飾された ZnO ナノロッドにおける自由キャリアの減少は強化されました。ナノスケール 12、19213 ～ 19222。 https://doi.org/10.1039/d0nr04134c (2020)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Wu、DJ、Xu、XD & Liu、XJ バイメタルの金と銀のナノシェルにおける電場強化。ソリッドステートコミュニケーション。 148、163–167。 https://doi.org/10.1016/j.ssc.2008.07.030 (2008)。

記事 ADS CAS Google Scholar

Zhang、YW バイメタルナノ構造 (Wiley、2018)。 https://doi.org/10.1002/9781119214618。

Google Scholar を予約する

Dong, S.、Yang, Q.、Peng, L.、Fang, Y. & Huang, T. グルコースおよび過酸化水素に対する電気化学的応答を強化する樹枝状 Ag@Cu バイメタルインターフェイス。 Sens. アクチュエーター B Chem. 232、375–382。 https://doi.org/10.1016/j.snb.2016.03.129 (2016)。

記事 CAS Google Scholar

Guler, M.、Turkoglu, V.、Bulut, A. & Zahmakiran, M. Pd@Ag 二金属ナノ粒子で修飾された官能化還元酸化グラフェンを使用した過酸化水素の電気化学的センシング。エレクトロキム。アクタ 263、118–126。 https://doi.org/10.1016/j.electacta.2018.01.048 (2018)。

記事 CAS Google Scholar

Hassan, M.、Jiang, Y.、Bo, X.、Zhou, M. 窒素ドープグラフェン担持 CoFe ナノ粒子における過酸化水素の高感度非酵素検出。タランタ 188、339–348。 https://doi.org/10.1016/j.talanta.2018.06.003 (2018)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

リュー、W.ら。過酸化水素の直接検出のための Pt と Au のバイメタルおよびモノメタルのナノ構造電流測定センサー: バイメタル効果とシリカサポートの影響。 Sens. アクチュエーター B Chem. 255、1325–1334。 https://doi.org/10.1016/j.snb.2017.08.123 (2018)。

記事 CAS Google Scholar

チェン、T.ら。 Au@Pd コアシェルナノ複合材料の制御合成とハイドロキノンの電気化学的センシングへの応用。タランタ 198、78–85。 https://doi.org/10.1016/j.talanta.2019.01.094 (2019)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Eteya, MM、Rounaghi, GH、Deiminiat, B. ジクロフェナク測定用の、Au-Pt バイメタルナノ粒子で装飾された多層カーボンナノチューブに基づく新しい電気化学センサーの作製。マイクロケム。 J. 144、254–260。 https://doi.org/10.1016/j.microc.2018.09.009 (2019)。

記事 CAS Google Scholar

Wang, K.、Wu, C.、Wang, F.、Liao, M. & Jiang, G. バイメタルナノ粒子は、尿酸の高感度電気化学的センシングのためのナノザイムバイオセンサーとして、中空ナノ多孔質炭素フレームワークを修飾しました。バイオセンス。バイオ電子。 150、111869。https://doi.org/10.1016/j.bios.2019.111869 (2020)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Gao, X. et al. 発酵プロセス用の高度に選択的で安定した非酵素的グルコースセンサーとしてのコアシェル金ニッケルナノ構造。科学。議員 10、1365。https://doi.org/10.1038/s41598-020-58403-x (2020)。

論文 ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Jiao、J.ら。ポリエーテルイミドでキャップされた還元酸化グラフェンを備えた二元金属ナノアロイをベースとした、抗がん物質チコリ酸を定量するための超高感度非酵素センサーです。ナノマテリアル 10、499。https://doi.org/10.3390/nano10030499 (2020)。

論文 CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

ピッフェリ、V. et al. Au ベースの触媒: 構造を洞察するための電気化学的特性評価。分子 21、261。https://doi.org/10.3390/molecules21030261 (2016)。

論文 CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Sárkány, A.、Geszti, O. & Sáfrán, G. Pdshell-Aucore/SiO2 触媒の調製とアセチレン水素化の触媒活性。アプリケーションカタログ。創世記 350、157–163。 https://doi.org/10.1016/j.apcata.2008.08.012 (2008)。

記事 CAS Google Scholar

Wang, R. et al. Au-Pd/グラフェン上でのアルコールの選択的酸化エステル化。モル。カタル。 484、110687。https://doi.org/10.1016/j.mcat.2019.110687 (2019)。

記事 CAS Google Scholar

Thanh、TD、Balamurugan、J.、Lee、SH、Kim、NH、Lee、JH 非酵素的過酸化水素センシングのための高度な触媒としての新規多孔質金パラジウムナノ合金ネットワーク担持グラフェン。バイオセンス。バイオ電子。 85、669–678。 https://doi.org/10.1016/j.bios.2016.05.075 (2016)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Li, J.、Zheng, Y.、Zeng, J. & Xia, Y. シード成長の動力学を操作することによる Au@Pd コアシェルナノ結晶のサイズと形態の制御。化学。ユーロ。 J. 18、8150–8156。 https://doi.org/10.1002/chem.201200823 (2012)。

記事 CAS Google Scholar

Larios-Rodríguez, EA、Castillón-Barraza, FF、Borbón-González, DJ、Herrera-Urbina, R. & Posada-Amarillas, A. 単分散 Au、Pd およびバイメタル (コア - シェル) Au-Pd のグリーンケミカル合成、Pd-Au ナノ粒子。上級科学工学医学 5、1–8。 https://doi.org/10.1166/asem.2013.1354 (2013)。

記事 CAS Google Scholar

Turkevich, J.、Stevenson, PC & Hillier, J. 金コロイドの合成における核形成と成長プロセスの研究。話し合う。ファラデー学会 11、55–75。 https://doi.org/10.1039/DF9511100055 (1951)。

記事 Google Scholar

Frens, G. 単分散金懸濁液の粒子サイズを制御するための制御された核生成。ナット。物理学。科学。 241、20–22。 https://doi.org/10.1038/physci241020a0 (1973)。

記事 ADS CAS Google Scholar

Tyagi, H.、Kushwaha, A.、Kumar, A. & Aslam, M. 室温で金ナノ粒子を合成するための、pH 制御されたクエン酸ベースの簡単な還元法。ナノスク。解像度レット。 11、362。https://doi.org/10.1186/s11671-016-1576-5 (2016)。

記事 ADS CAS Google Scholar

ブルーノ、L.ら。 auナノ粒子で修飾されたznoナノロッドにおける局所的なエネルギーバンドの曲がり。ナノマテリアル 11、2718。https://doi.org/10.3390/nano11102718 (2021)。

論文 CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

アーソ、M.ら。 Ni ベースのナノ構造の成長速度論の改善により、非酵素的グルコース検出の感度が向上しました。ナノテクノロジー 29、165601。https://doi.org/10.1088/1361-6528/aaacb6 (2018)。

論文 ADS CAS PubMed Google Scholar

Iwu, KO、Lombardo, A.、Sanz, R.、Scirè, S.、Mirabella, S. 柔軟で低コストの非酵素的グルコースセンシングのための Ni ナノフォームの容易な合成。 Sens. アクチュエーター B Chem. 224、764–771。 https://doi.org/10.1016/j.snb.2015.10.109 (2016)。

記事 CAS Google Scholar

アーソ、M.ら。 Ni(OH)2@Ni コアシェルナノチェーンは、エネルギー貯蔵用途向けの低コストの高速性能電極として使用されます。科学。議員番号 9、7736。https://doi.org/10.1038/s41598-019-44285-1 (2019)。

論文 ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

トンプソン、M. エックスランプ。 www.genplot.com。

デジタルマイクログラフ®。 https://www.gatan.com/products/tem-analysis/gatan-microscopy-suite-software。

COMSOL マルチフィジックス v. 5.3。 COMSOL AB、ストックホルム、スウェーデン。 http://www.comsol.com。

Dutta, S. et al. バイメタル Au-Pt、Pd-Pt、および Au-Pd ナノ構造の容易な合成: 燃料電池応用および電気化学的センシングに対する Pd-Pt 類似体の触媒性能の向上。エレクトロキム。 Acta 180、1075–1084。 https://doi.org/10.1016/j.electacta.2015.09.062 (2015)。

記事 CAS Google Scholar

Alford, TL、Feldman, LC & Mayer, JW Fundamentals of Nanoscale Film Analysis (Springer、2007)。 https://doi.org/10.1007/978-0-387-29261-8。

Google Scholar を予約する

Medway, SL、Lucas, CA、Kowal, A.、Nichols, RJ & Johnson, D. アルカリ溶液中でのニッケル電極の酸化の現場研究。 J.エレクトロアナル。化学。 587、172–181。 https://doi.org/10.1016/j.jelechem.2005.11.013 (2006)。

記事 CAS Google Scholar

Toghill, KE & Compton, RG 電気化学的非酵素的グルコースセンサー: 展望と評価。内部。Ｊ．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ．科学。 5、1246–1301 (2010)。

CAS Google スカラー

Petralia, S.、Mirabella, S.、Strano, V. & Conoci, S. グルコースセンシングアプリケーション向けの酸化ニッケル種に基づく小型電気化学システム。バイオナノサイエンス 7、58–63。 https://doi.org/10.1007/s12668-017-0399-x (2017)。

記事 Google Scholar

チェン、KJ 他バイメタル PtM (M=Pd、Ir) ナノ粒子で装飾された多層カーボンナノチューブ、酵素フリー、メディエーターレスの H 2O 2 用電流測定センサー。Biosens。バイオ電子。 33、120–127。 https://doi.org/10.1016/j.bios.2011.12.037 (2012)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

チェン、KJ 他新しい PtPd バイメタルナノ粒子で装飾された多層カーボンナノチューブ触媒に基づく電流測定グルコースバイオセンサーの作製と応用。バイオセンス。バイオ電子。 33、75–81。 https://doi.org/10.1016/j.bios.2011.12.020 (2012)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Wang、J.ら。超微粒子 Au-Pd および還元酸化グラフェンナノ複合材料に基づくサンセットイエローの高感度電気化学測定。 J. コロイド界面科学。 481、229–235。 https://doi.org/10.1016/j.jcis.2016.07.061 (2016)。

論文 ADS CAS PubMed Google Scholar

Randles、JEB 急速電極反応の動力学。ファラデーについて議論します。 1、11–19。 https://doi.org/10.1039/DF9470100011 (1947)。

記事 Google Scholar

Han, T.、Zhang, Y.、Xu, J.、Dong, J. & Liu, CC H2O2 の電気化学的検出を強化するための単分散 AuM (M = Pd、Rh、Pt) バイメタルナノ結晶。 Sens. アクチュエーター B Chem. 207、404–412。 https://doi.org/10.1016/j.snb.2014.10.028 (2015)。

記事 CAS Google Scholar

Manivannan, S. & Ramaraj, R. 過酸化水素に対するセンサー用途のためのケイ酸塩ゾルゲルネットワークに埋め込まれたコアシェル型の Au/Ag ナノ粒子。Ｊ．Ｃｈｅｍ．科学。 121、735–743。 https://doi.org/10.1007/s12039-009-0088-6 (2009)。

記事 CAS Google Scholar

Xiao, F.、Zhao, F.、Zhang, Y.、Guo, G. & Zeng, B. イオン液体キトサン複合膜上への金白金合金ナノ粒子の超音波電着と非酵素過酸化水素センサーの製造への応用。Ｊ．Ｐｈｙｓ．化学。 C 113、849–855。 https://doi.org/10.1021/jp808162g (2009)。

記事 CAS Google Scholar

リー、WCら。導電性ポリマーを備えた階層型Au-Ni合金に基づく酵素的グルコースセンサーと非酵素的グルコースセンサーの比較。バイオセンス。バイオ電子。 130、48–54。 https://doi.org/10.1016/j.bios.2019.01.028 (2019)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Zhang, T. et al. AuPt/MOF-グラフェン: 驚くほど高いペルオキシダーゼ様活性を持つ相乗的触媒とその H2O2 検出への応用。アナル。化学。 91、10589–10595。 https://doi.org/10.1021/acs.analchem.9b01715 (2019)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Hall, DS、Lockwood, DJ、Bock, C. & MacDougall, BR 水酸化ニッケルと関連物質: それらの構造、合成、特性の概説。手順 R. Soc. 数学。物理学。工学科学。 471、20140792。https://doi.org/10.1098/rspa.2014.0792 (2015)。

記事 ADS Google Scholar

Ash, B.、Nalajala, VS、Popuri, AK、Subbaiah, T.、Minakshi, M. 充電式電池に適した水酸化ニッケル電極に関する展望: 電解合成ルートと化学合成ルート。ナノマテリアル 10、1878 年。https://doi.org/10.3390/nano10091878 (2020)。

論文 CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

ボット、AW 半導体の電気化学。カー。 3年9月17日（1998年）。

Google スカラー

Beranek, R. (写真) TiO 2 ベースのナノ材料のバンド端位置を決定するための電気化学的方法。上級物理学。化学。 2011、786759。https://doi.org/10.1155/2011/786759 (2011)。

記事 CAS Google Scholar

Fabregat-Santiago, F.、Garcia-Belmonte, G.、Bisquert, J.、Bogdanoff, P. & Zaban, A. SnO2 導電性基板上に堆積された誘電状態のナノ多孔質半導体電極の Mott-Schottky 解析。Ｊ．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ．社会 150、E293～E298。 https://doi.org/10.1149/1.1568741 (2003)。

記事 CAS Google Scholar

Hankin, A.、Bedoya-Lora, FE、Alexander, JC、Reguutz, A.、Kelsall, GH フラットバンドの可能性の決定: 落とし穴を回避します。 J. メーター。化学。 A 7、26162。https://doi.org/10.1039/c9ta09569a (2019)。

記事 CAS Google Scholar

Xu, P.、Milstein, TJ & Mallouk, TE 分子的に薄い金属酸化物ナノシートのフラットバンド電位。 ACS アプリケーション。メーター。インターフェイス 8、11539 ～ 11547。 https://doi.org/10.1021/acsami.6b02901 (2016)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Gelderman, K.、Lee, L. & Donne, SW 半導体のフラットバンド電位: モット・ショットキー方程式を使用。Ｊ．Ｃｈｅｍ．教育する。 84、685。https://doi.org/10.1021/ed084p685 (2007)。

記事 CAS Google Scholar

Darowicki, K.、Krakowiak, S. & Ślepski, P. ニッケル上の不動態層のモット・ショットキー解析における測定周波数の選択。エレクトロキム。 Acta 51、2204–2208。 https://doi.org/10.1016/j.electacta.2005.04.079 (2006)。

記事 CAS Google Scholar

ラスコフスキー、FAL 他。光電気化学におけるナノスケールの半導体/触媒界面。ナット。メーター。 19、69–76。 https://doi.org/10.1038/s41563-019-0488-z (2020)。

論文 ADS CAS PubMed Google Scholar

Memming、R. 半導体電気化学 (Wiley、2000)。 https://doi.org/10.1002/9783527613069。

Google Scholar を予約する

バード、A.ら。電気化学的方法: 基礎と応用 (Wiley、2001)。

Google スカラー

コンプトン、RG およびバンクス、CE ボルタンメトリーの理解第 2 版（ワールドサイエンティフィック、2010）。 https://doi.org/10.1142/P726。

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著者らは、Giuseppe Pantè 氏 (CNR-IMM) と Salvo Tatì 氏 (CNR-IMM) の技術サポートに感謝いたします。この研究は、PRIN 2017「CLEAN-Valorizing Sustainable Plastics through a CLEver use of NANoparticles」20174FSRZS_003 による Programma Ricerca di Ateneo UNICT 2020-22 linea 2 PIA.CE.RI「NaTI4Smart Sviluppo di NAnomateriali e Tecnologie Innovative per Smart detects」によって支援されました。「PON MIUR ADAS +」 (ARS01_00459)、PNRR-MUR サモトラケプロジェクト (ECS_00000022)、および PON-MUR 4FRAILTY プロジェクト (ARS01_00345) によるものです。

カターニア大学物理天文学部「エットーレマヨラナ」、S. Sofia 64 経由、95123、カターニア、イタリア

ルカ・ブルーノ、フランチェスコ・プリオーロ、サルボ・ミラベラ

CNR-IMM (カターニア大学)、S. Sofia 64 経由、95123、カターニア、イタリア

ルカ・ブルーノ & サルボ・ミラベラ

CNR-IMM、VIII Strada 5、95121、カターニア、イタリア

マリオ・スクデリ

ミラノ大学化学科、Via Golgi 19、20133、ミラノ、イタリア

ルイス・ファルシオラ

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LB はナノ構造電極を製造し、データを取得して分析し、図を生成し、原稿を作成しました。 MS は STEM および EDX 分析を実行しました。 LF、FP、SM: アイデアを考案し、データ分析と解釈に貢献しました。 SMがプロジェクトを監修した。すべての著者が原稿の最終版に承認を与えました。

サルボ・ミラベラへの通信。

著者らは競合する利害関係を宣言していません。

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転載と許可

Bruno、L.、Scuderi、M.、Priolo、F. 他。触媒活性が強化された Ni 酸化物ナノ構造に対する Au@Pd ナノ粒子のバイメタル効果を解明します。 Sci Rep 13、3203 (2023)。 https://doi.org/10.1038/s41598-023-29679-6

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受信日: 2022 年 1 月 24 日

受理日: 2023 年 2 月 8 日

公開日: 2023 年 2 月 24 日

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-29679-6

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触媒活性が強化された Ni 酸化物ナノ構造に対する Au@Pd ナノ粒子のバイメタル効果の解明