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Dalle molecole alle particelle: in che modo i nanocluster d'oro rivoluzionano la nostra comprensione dei materiali?
Con il rapido sviluppo della nanotecnologia, la ricerca sui nanocluster d'oro ha attirato grande attenzione nella comunità scientifica. Queste minuscole particelle d'oro non solo hanno il potenziale di cambiare la nostra tradizionale comprensione della struttura dei materiali, ma mostrano anche un grande potenziale in applicazioni high-tech come l'optoelettronica e la catalisi. Il loro diametro è inferiore al micrometro e possono essere molecole discrete o particelle colloidali più grandi. Per gli scienziati dei materiali, lo studio di questi nanocluster d'oro non rappresenta solo un'esplorazione approfondita della materia granulare, ma anche un'importante scoperta della relazione tra struttura e prestazioni del materiale.
Nanocluster d'oro nudo e studi strutturali
I cluster d'oro nudi sono cluster d'oro privi di un involucro legante stabilizzante, che possono essere sintetizzati e studiati nel vuoto utilizzando tecniche a fascio molecolare. Gli scienziati hanno esplorato la struttura di questi cluster utilizzando tecniche quali la spettroscopia fotoelettronica anionica, la spettroscopia nel lontano infrarosso e la diffrazione elettronica. Lo studio ha dimostrato che la struttura dei nanocluster d'oro nudi è significativamente diversa da quella dei cluster d'oro stabilizzati da leganti, il che indica che l'ambiente chimico ha un'influenza cruciale sulla struttura dei cluster d'oro.
Ad esempio, Au20 forma un tetraedro perfetto, con la disposizione degli atomi d'oro che ricorda molto la disposizione atomica della struttura cubica a facce centrate (fcc) dell'oro metallico.
Strutture di cluster d'oro stabilizzate da leganti
A differenza dell'esplorazione dei cluster di oro nudo, i cluster di oro stabilizzati da leganti presentano strutture più complesse. Quando le dimensioni delle particelle d'oro diminuiscono, la loro struttura cubica a facce centrate si trasforma in una struttura icosaedrica centrale, come Au13. Questa trasformazione aumenta la stabilità dei cluster d'oro.
I cluster icosaedrici d'oro si trovano in molti cluster d'oro, collegati tramite la condivisione dei vertici, la fusione delle facce e i bicosaedri interpenetranti.
Cluster discreti d'oro e le loro applicazioni
I cluster molecolari ben definiti contengono solitamente ligandi organici, che devono essere rimossi per generare cluster di oro nudo nelle applicazioni catalitiche. Ciò si ottiene solitamente mediante incenerimento ad alte temperature, ma è possibile farlo anche per via chimica, a temperature più basse.
Cluster di oro colloidale e le loro proprietà ottiche
I cluster d'oro possono anche esistere in forma colloidale, spesso con rivestimenti superficiali di alchiltioli o proteine. Queste particelle d'oro hanno potenziali applicazioni nella colorazione immunoistochimica. Le nanoparticelle metalliche mostrano forti proprietà di assorbimento nella regione della luce visibile, il che aumenta il loro potenziale di applicazione nello sviluppo di dispositivi ottici.
La lunghezza d'onda della banda di risonanza plasmonica di superficie (SPR) dipende dalle dimensioni e dalla forma delle nanoparticelle.
Proprietà catalitiche dei cluster d'oro
Il potenziale catalitico dei cluster d'oro è eccezionale anche nella catalisi ambientale. Ad esempio, quando i cluster d'oro vengono impiantati sulla superficie di FeOOH, possono catalizzare l'ossidazione della CO a temperatura ambiente. Inoltre, l'attività catalitica dei cluster d'oro su supporti di TiO2 può essere svolta a temperature estremamente basse, dimostrando una forte correlazione tra la loro struttura e le prestazioni catalitiche.
Le caratteristiche strutturali dei nanocluster d'oro influenzano le loro proprietà catalitiche, il che rende importante studiare gli effetti delle loro dimensioni e della loro struttura sulle proprietà catalitiche.
Fine
Lo studio dei nanocluster d'oro non solo approfondisce la comprensione dei nanomateriali da parte degli scienziati, ma apre anche la strada a una serie di nuove possibilità applicative. Il modo in cui queste minuscole particelle comprenderanno il nocciolo della futura scienza dei materiali e quali confini della conoscenza e della tecnologia riveleranno sarà senza dubbio un'importante direzione per l'esplorazione futura della comunità scientifica.
