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De moléculas a partículas: ¿Cómo los nanoclusters de oro revolucionan nuestra comprensión de los materiales?
Con el rápido desarrollo de la nanotecnología, la investigación sobre nanocúmulos de oro ha atraído una amplia atención en la comunidad científica. Estas diminutas partículas de oro no sólo tienen el potencial de cambiar nuestra comprensión tradicional de la estructura material, sino que también muestran un gran potencial en aplicaciones de alta tecnología como la optoelectrónica y la catálisis. Su diámetro es menor a un micrómetro y pueden ser moléculas discretas o partículas coloidales más grandes. Para los científicos de materiales, el estudio de estos nanocúmulos de oro no es sólo una exploración en profundidad de la materia granular, sino también un descubrimiento importante de la relación entre la estructura y el rendimiento del material.
Nanocúmulos de oro desnudo y estudios estructurales
Los cúmulos de oro desnudos son cúmulos de oro sin una capa de ligando estabilizador, que pueden sintetizarse y estudiarse al vacío utilizando técnicas de haz molecular. Los científicos exploraron la estructura de estos cúmulos utilizando técnicas como la espectroscopia fotoelectrónica de aniones, la espectroscopia de infrarrojo lejano y la difracción de electrones. El estudio mostró que la estructura de los nanocúmulos de oro desnudo es significativamente diferente de la de los cúmulos de oro estabilizados con ligando, lo que indica que el entorno químico tiene una influencia crucial en la estructura de los cúmulos de oro.
Por ejemplo, el Au20 forma un tetraedro perfecto, en el que la disposición de sus átomos de oro se asemeja mucho a la estructura atómica de la estructura cúbica centrada en las caras (fcc) del oro metálico.
Estructuras de cúmulos de oro estabilizados con ligando
A diferencia de la exploración de cúmulos de oro desnudos, los cúmulos de oro estabilizados con ligando presentan estructuras más complejas. Cuando el tamaño de las partículas de oro disminuye, su estructura cúbica centrada en las caras se transforma en una estructura icosaédrica central, como Au13. Esta transformación mejora la estabilidad de los cúmulos de oro.
Los cúmulos de oro icosaédricos se encuentran en muchos cúmulos de oro, conectados por vértices compartidos, fusión de caras y biicosaedros interpenetrantes.
Cúmulos de oro discretos y sus aplicaciones
Los grupos moleculares bien definidos comúnmente contienen ligandos orgánicos, que deben eliminarse para generar grupos de oro desnudo en aplicaciones catalíticas. Esto generalmente se logra mediante incineración a altas temperaturas, pero también se puede lograr químicamente a temperaturas más bajas.
Cúmulos de oro coloidal y sus propiedades ópticas
Los grupos de oro también pueden existir en forma coloidal, a menudo con recubrimientos superficiales de alquiltioles o proteínas. Estas partículas de oro tienen aplicaciones potenciales en la tinción inmunohistoquímica. Las nanopartículas metálicas muestran fuertes propiedades de absorción en la región de luz visible, lo que aumenta su potencial de aplicación en el desarrollo de dispositivos ópticos.La longitud de onda de la banda de resonancia plasmónica superficial (SPR) depende del tamaño y la forma de las nanopartículas.
Propiedades catalíticas de los cúmulos de oro
El potencial catalítico de los cúmulos de oro también es sobresaliente en la catálisis ambiental. Por ejemplo, cuando se implantan grupos de oro en la superficie de FeOOH, pueden catalizar la oxidación de CO a temperatura ambiente. Además, la actividad catalítica de los grupos de oro sobre soportes de TiO2 puede llevarse a cabo a temperaturas extremadamente bajas, lo que muestra una fuerte correlación entre su estructura y el rendimiento catalítico.
Las características estructurales de los nanocúmulos de oro afectan sus propiedades catalíticas, lo que hace que sea un tema importante estudiar los efectos de su tamaño y estructura en las propiedades catalíticas.
Fin
El estudio de los nanocúmulos de oro no sólo profundiza la comprensión de los científicos sobre los nanomateriales, sino que también da lugar a una variedad de nuevas posibilidades de aplicación. Cómo estas diminutas partículas captarán el núcleo de la ciencia de los materiales del futuro y qué límites del conocimiento y la tecnología revelarán será sin duda una dirección importante para la exploración futura por parte de la comunidad científica.
