Reversed Janus Micro/Nanomotors with Internal Chemical Engine

杰纳斯粒子 杰纳斯 材料科学 化学物理 纳米技术 成核 介孔材料 粒子(生态学) 化学工程 多孔性 催化作用 化学 复合材料 有机化学 海洋学 地质学 工程类
作者
Xing Ma,Seungwook Jang,Mihail N. Popescu,William E. Uspal,Albert Miguel‐López,Kersten Hahn,Dong‐Pyo Kim,Samuel Sánchez
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:10 (9): 8751-8759 被引量:121
标识
DOI:10.1021/acsnano.6b04358
摘要

Self-motile Janus colloids are important for enabling a wide variety of microtechnology applications as well as for improving our understanding of the mechanisms of motion of artificial micro- and nanoswimmers. We present here micro/nanomotors which possess a reversed Janus structure of an internal catalytic "chemical engine". The catalytic material (here platinum (Pt)) is embedded within the interior of the mesoporous silica (mSiO2)-based hollow particles and triggers the decomposition of H2O2 when suspended in an aqueous peroxide (H2O2) solution. The pores/gaps at the noncatalytic (Pt) hemisphere allow the exchange of chemical species in solution between the exterior and the interior of the particle. By varying the diameter of the particles, we observed size-dependent motile behavior in the form of enhanced diffusion for 500 nm particles, and self-phoretic motion, toward the nonmetallic part, for 1.5 and 3 μm ones. The direction of motion was rationalized by a theoretical model based on self-phoresis. For the 3 μm particles, a change in the morphology of the porous part is observed, which is accompanied by a change in the mechanism of propulsion via bubble nucleation and ejection as well as a change in the direction of motion.

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