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Self-Confined Nucleation of Iron Oxide Nanoparticles in a Nanostructured Amorphous Precursor

Authors :
Raj Kumar Ramamoorthy
Mathieu Bennet
Damien Faivre
Marie-Alexandra Neouze
Alexy P. Freitas
David Carriere
Jens Baumgartner
Department of Biomaterials [Potsdam]
Max Planck Institute of Colloids and Interfaces
Max-Planck-Gesellschaft-Max-Planck-Gesellschaft
Laboratoire Interdisciplinaire sur l'Organisation Nanométrique et Supramoléculaire (LIONS)
Nanosciences et Innovation pour les Matériaux, la Biomédecine et l'Energie (ex SIS2M) (NIMBE UMR 3685)
Institut Rayonnement Matière de Saclay (IRAMIS)
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut Rayonnement Matière de Saclay (IRAMIS)
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)
Laboratoire de physique de la matière condensée (LPMC)
École polytechnique (X)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Microbiologie Environnementale et Moléculaire (MEM)
Institut de Biosciences et Biotechnologies d'Aix-Marseille (ex-IBEB) (BIAM)
Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA))
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Aix Marseille Université (AMU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA))
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Aix Marseille Université (AMU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
DFG-ANR FA 835/10-1
ANR-14-CE08-0003,DIAMONS,Phases denses intermédiaires liquides et amorphes comme modèle alternatif pour la synthèse de nanoparticules d'oxydes(2014)
ANR-10-LABX-0035,Nano-Saclay,Paris-Saclay multidisciplinary Nano-Lab(2010)
European Project: 256915,EC:FP7:ERC,ERC-2010-StG_20091028,MB2(2011)
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut Rayonnement Matière de Saclay (IRAMIS)
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Aix Marseille Université (AMU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA))
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)
Source :
Nano Letters, Nano Letters, American Chemical Society, 2020, 20 (7), pp.5001-5007. ⟨10.1021/acs.nanolett.0c01125⟩, Nano Letters, 2020, 20 (7), pp.5001-5007. ⟨10.1021/acs.nanolett.0c01125⟩
Publication Year :
2020
Publisher :
HAL CCSD, 2020.

Abstract

International audience; Crystallization from solution is commonly described by classical nucleation theory, although this ignores that crystals often form via disordered nanostructures. As an alternative, the classical theory remains widely used in a “multi-step” variant, where the intermediate nanostructures merely introduce additional thermodynamic parameters. But this variant still requires validation by experiments addressing indeed proper time and spatial scales (ms, nm). Here, we used in situ X-ray scattering to determine the mechanism of magnetite crystallization and in particular how nucleation propagates at the nanometer scale within amorphous precursors. We find that the self-confinement by an amorphous precursor slows down crystal growth by two orders of magnitude once the crystal size reaches the amorphous particle size (c.a. 3 nm). Thus, not only the thermodynamic properties of transient amorphous nanostructures, but also their spatial distribution determine crystal nucleation.

Details

Language :
English
ISSN :
15306984 and 15306992
Database :
OpenAIRE
Journal :
Nano Letters, Nano Letters, American Chemical Society, 2020, 20 (7), pp.5001-5007. ⟨10.1021/acs.nanolett.0c01125⟩, Nano Letters, 2020, 20 (7), pp.5001-5007. ⟨10.1021/acs.nanolett.0c01125⟩
Accession number :
edsair.doi.dedup.....5e60ceba3854db3cfe11ba35c3ed7792
Full Text :
https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.0c01125⟩