Propiedades ópticas y estructurales de nanoestructuras metálicas y bimetálicas de AuX (X=Cu, Pt)

Abstract

En este trabajo de investigación se presenta un estudio teórico-experimental de nanopartículas (NPs) metálicas de AuX (X = Cu; Pt). Desde el enfoque experimental se presenta un nuevo método para la síntesis de nanopartículas usando una combinación de rongalita con sacarosa como agente reductor. Las nanopartículas obtenidas fueron caracterizadas mediante las técnicas de caracterización experimental: absorción óptica de UV-Vis, microscopía electrónica de transmisión (TEM), espectrometría de dispersión de energía de Rayos X (EDS) y espectroscopía Raman. Para el caso de las NPsAuCu se observó una banda de absorción óptica de UV-Vis con un máximo en 540 nm correspondiente a la resonancia de los plasmones de superficie (LSPR). Dos bandas de actividad Raman fueron observadas en el rango de 130-300 cm−1. Su análisis estructural mediante (TEM) confirmó la aleación de oro y cobre. Además, se obtuvieron aleaciones de NPsAuPt y NPs platino-core/oro-shell. También se hizo una comparación semi-cuantitativa del espectro de absorción óptica de UV-Vis de las NPs (core/shell) con las secciones eficaces de extinción y esparcimiento calculadas numéricamente mediante la teoría generalizada de Mie. Por otro lado, mediante el enfoque teórico se utilizaron dos niveles de teoría para estudiar los sistemas físicos: la teoría de los funcionales de la densidad (DFT) y la teoría generalizada de Mie. Mediante la DFT se calcularon las geometrías de mínimos locales en la superficie de energía potencial para clusters metálicos de oro, cobre y sus respectivas aleaciones; se realizó un estudio de algunos parámetros de estabilidad, así como el cálculo de las frecuencias vibracionales. A través de la teoría generalizada de Mie se realizó un estudio de la difracción de una onda electromagnética plana monocromática por una nanopartícula metal&dieléctrico-core/metal-shell en un medio deléctrico como función del espesor del shell. Primero se estudiaron las configuraciones oro-core/plata-shell y sus configuraciones inversas. En este sentido, la sección eficaz de esparcimiento y el campo eléctrico cercano fueron calculados y se determinó la variación de las propiedades ópticas como función del espesor del shell. Finalmente, con las nanopartículas vacío-core/metal Drude-shell se hizo un estudio comparativo entre las posiciones de las frecuencias de resonancias calculadas con el límite cuasi-estático y electrodinámica clásica y se determinó un límite superior para el valor del radio exterior (20 nm) para el cual el límite cuasi-estático puede ser usado para calcular las posiciones de las frecuencias de resonancia, en vez de cálculos electrodinámicos.