Anisotropic growth of ZnO nanoparticles driven by the structure of amine surfactants: the role of surface dynamics in nanocrystal growth

Autor: Jean-Daniel Marty, Christine Lepetit, Yinping Wang, Christophe Mingotaud, Myrtil L. Kahn, Yannick Coppel
Přispěvatelé: Interactions moléculaires et réactivité chimique et photochimique (IMRCP), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD), Laboratoire de chimie de coordination (LCC), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), China Scholarship Council (CSC), Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut Ecologie et Environnement (INEE), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Fédération de Recherche Fluides, Energie, Réacteurs, Matériaux et Transferts (FERMAT), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), IDeAS - Interfaces Dynamiques et Assemblages Stimulables (IDeAS), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2021
Předmět:
Zdroj: Nanoscale Advances
Nanoscale Advances, RSC, 2021, 3 (21), pp.6088-6099. ⟨10.1039/d1na00566a⟩
Nanoscale Advances, 2021, 3 (21), pp.6088-6099. ⟨10.1039/d1na00566a⟩
ISSN: 2516-0230
Popis: Herein, we elucidate the key role of amine surfactants in the controlled anisotropic growth of ZnO nanoparticles that is achieved under mild conditions by organometallic hydrolysis. The structuring influence of alkyl substituents on the nitrogen atom of amines is jointly analyzed theoretically by DFT modeling, and experimentally by multinuclear NMR (1H, 13C and 17O) spectroscopy. We demonstrate that in initial steps leading to the growth of colloidal ZnO particles, the nature of molecular species that are involved in the solution strongly depends on the structure of the amine surfactant. By using tertiary, secondary or primary amines, no or weak adducts between the amine and zinc, or stable adducts, or adduct oligomers were identified, respectively. Afterwards, following the course of the reaction, the dynamic behavior of the amines on the grown ZnO nanocrystal surfaces is also strongly correlated with their structure. We identified that in the presence of tertiary, secondary or primary amines, no significant [Zn⋯N] adsorption, or surface adsorption with notable surface mobility, or a very strong adsorption is achieved, respectively. The last case, primary amines, significantly involves the structuring of a hydrogen bonding network. Therefore, such surface dynamic behavior has a predominant role in driving the nanocrystal growth, and orienting the ZnO material final morphology. By forming hydrogen bonds at the nanoparticle surface during the growth process, primary amines specifically lead to the formation of nanorods. Conversely, isotropic nanoparticles and aggregates are obtained when secondary and tertiary amines are used, respectively. These findings shed light on the role of weak surface interactions, herein H-bonding, that rule the growth of nano-objects and are as such crucial to identify, study, and control for achieving progress in nanoscience.
Databáze: OpenAIRE
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