Caracterización estructural, química y morfológica de nanopirámides truncadas de Au por microscopía electrónica de transmisión

Abstract

"Structural elucidation of materials, using X-Rays is restricted to crystals around 50 μm. For a detailed analysis of "nanocrystals", a technique who allows atomic resolution and reliable intensity data (cinematic diffraction) is required. By using the novel "Precession Electron Diffraction"(PED) technique, we could be able to overcome the limitations of conventional techniques for structural analysis, with the advantage of TEM allow us to obtain simultaneously: structural information, spectra and images. This advantage was exploited for describing with detail Au nanopyramids. This crystals with two morphologies (triangular and hexagonal), have "Forbidden Reflections" (FR) in they "Selected Area Diffraction Patterns" (SAED). These reflections have been attributed to stacking faults, which might be responsible for the pyramid type morphology. In this work we include the synthesis and detailed characterization of nanopyramids. The pyramids grew from an ethylene glycol seed solution, using as precursors HAuCl4, CTAB and PVP. The chemical composition was studied using “Energy Dispersive X-ray spectroscopy” (EDS). These studies were supplemented acquiring Z-contrast images. The morphology was analyzed using the TEM modes: "Bright Field" (BF), "Dark Field” (DF). The thickness of the sample was calculated using the "Energy Loss Spectroscopy" (EELS). The structure and defects in crystals were analyzed by "High Resolution TEM" (HRTEM) and with “Precession Electron Diffraction Patterns”, which have kinematical nature. No impurities from precursors (using EELS and EDS) were found. The particle shape, which can be described as “truncated triangular pyramids”, was confirmed. HRTEM images show complex contrast and “Moiré Patterns”. By studying the intensities in diffraction patterns, was concluded that the defect present in the particle could be described as a “staking fault”."

"La elucidación de estructuras cristalinas por difracción de rayos-X se ha limitado a cristales de aproximadamente 50 μm. Para conocer la estructura detallada de “nanocristales”, se requieren técnicas que permitan: Alcanzar resolución atómica y obtener datos confiables (intensidades cinemáticas). El uso de la novedosa técnica “Difracción de Precesión” (PED) en TEM permite superar las limitaciones de las técnicas convencionales de análisis estructural, siendo una herramienta invaluable para la completa caracterización de nanocristales, obteniendo simultáneamente: información estructural, espectros e imágenes. El correcto uso de la técnica PED, podría contribuir a explicar la morfología de las pirámides (triangulares o hexagonales), que presentan “Reflexiones Prohibidas” (FR) en los “Patrones de Difracción de Área Selecta” (SAED) dichas reflexiones has sido atribuidas a defectos (fallas de apilamiento) que provocan cambios en la estructura interna del cristal (estos cambios pueden ser vistos como una segunda fase cristalina), los cuales podrían ser los responsables de la morfología tipo prisma. En el presente trabajo se incluye la síntesis de “nanopirámides truncadas de Au”. Las partículas crecieron en solución de etilenglicol usando como precursores HAuCl4, CTAB y PVP. Se analizó la composición química, la morfología y la estructura usando distintos modos de operación en el microscopio de trasmisión. La composición química se determinó usando “Espectroscopia de Dispersión de Rayos X”, complementando este análisis con imágenes en “Contraste Z”. La morfología se analizó adquiriendo imágenes en “Campo Claro” (BF) y “Campo Obscuro” (DF). Adicionalmente se calculó el espesor de cristal usando “Espectroscopia de Perdida de Energía de Electrones” (EELS). La estructura y los defectos cristalinos en las partículas se analizaron con imágenes en “Alta Resolución” (HRTEM) y “Patrones de Difracción de Electrones” (ED), con comportamiento cinemático. No se encontraron impurezas en los cristales. Los resultados confirman la forma de “pirámide truncada”. Las imágenes de alta resolución revelan contraste complejo y patrones de Moiré. El estudio de las intensidades medidas en los patrones de difracción, indica que el modelo de fallas de apilamiento es adecuado para describir el defecto observado (no así el modelo de macla). "