Монодисперсные коллоидные наночастицы галлия: синтез, низкотемпературная кристаллизация, поверхностный плазмонный резонанс и накопление лития в ионах Li

Представлен простой коллоидный метод синтеза наночастиц галлия (Ga) со средним размером, регулируемым в диапазоне 12–46 нм, и превосходным распределением по размерам с шириной всего 7–8%. При хранении в атмосферных условиях наночастицы Ga остаются стабильными в течение нескольких месяцев благодаря образованию нативного пассивирующего слоя оксида Ga толщиной 2–3 нм. Механизм образования наночастиц Ga изучен с использованием спектроскопии ядерного магнитного резонанса и методом молекулярно-динамического моделирования. Размерно-зависимые процессы кристаллизации и плавления наночастиц Ga в диапазоне температур 98–298 К исследованы методами рентгеновской порошковой дифракции, измерения теплоёмкости, просвечивающей электронной микроскопии и рентгеновской абсорбционной спектроскопии. Результаты показывают, что полиморф δ-Ga является единственной низкотемпературной фазой, тогда как фазовый переход характеризуется большим гистерезисом и значительным переохлаждением: температуры кристаллизации и плавления снижаются соответственно до 140–145 и 240–250 К. Обнаружены плазмонные резонансы, регулируемые размером наночастиц, в ультрафиолетовой и видимой областях спектра. Кроме того, продемонстрирована стабильная работа наночастиц Ga в качестве анодного материала для литий-ионных аккумуляторов; их ёмкость накопления составляет 600 мА·ч·г⁻¹, что на 50% выше, чем у массивного Ga при идентичных условиях испытаний.