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Misteriosi ammassi d'oro nudo: come scoprire i loro misteri strutturali nel vuoto?
Nel campo delle nanotecnologie, i cluster d'oro hanno attirato un ampio interesse nella ricerca grazie alle loro proprietà fisiche e chimiche uniche. I cluster d'oro possono essere trovati non solo come molecole distinte ma anche come particelle colloidali più grandi, entrambe con un diametro inferiore a un micron. La struttura e le proprietà di questi nanocluster sono in gran parte legate all’ambiente chimico in cui vivono, il che significa che l’esplorazione della struttura dei cluster d’oro nudo aprirà nuove porte per molte applicazioni.
Caratteristiche e struttura dei cluster di oro nudo
I cluster d'oro nudi, ovvero i cluster d'oro senza gusci stabilizzatori, possono essere sintetizzati e studiati nel vuoto utilizzando la tecnologia del fascio molecolare. La struttura di questi cluster d'oro è stata studiata sperimentalmente con vari metodi, come la spettroscopia fotoelettronica anionica e la spettroscopia del lontano infrarosso. Questi studi mostrano che la struttura dei cluster d'oro nudo è molto diversa da quella dei cluster d'oro stabilizzati con ligando, evidenziando l'influenza decisiva dell'ambiente chimico sulla struttura dei cluster d'oro.
Ad esempio, Au20 forma un tetraedro perfetto, con i suoi atomi d'oro impilati in un modo molto simile alla struttura cubica a facce centrate (fcc) dell'oro metallico.
Struttura di cluster d'oro stabilizzati con ligando
Poiché il materiale sfuso dell'oro presenta una struttura cubica a facce centrate (fcc), quando la dimensione delle particelle d'oro viene ridotta, questa struttura si trasforma in una struttura ottaedrica centrale, come mostrato da Au13. Questa forma di cambiamento consente ai cluster d'oro di estendere ulteriormente la loro struttura e formare forme reticolari più complesse. Le strutture di cluster d'oro stabilizzate con ligando possono essere suddivise in varie forme e possono essere collegate e fuse tra loro attraverso diversi cluster di input.
Au13 nella sua forma base diventa la base di grandi nanocluster d'oro e ogni atomo d'oro aggiuntivo forma un nuovo cluster d'oro.
Cluster d'oro discreti e cluster d'oro colloidale
Nello studio dei cluster d'oro, i cluster d'oro discreti sono generalmente considerati come forme molecolari intrinseche e queste forme generalmente contengono ligandi organici all'esterno. Alcuni cluster d'oro speciali come [Au6C(P(C6H5)3)6]2+ e [Au9(P(C6H5)3)8]3+ sono considerati cluster d'oro con interfacce ben definite. Quando sono necessari cluster di oro nudo per applicazioni catalitiche, questi ligandi devono essere rimossi, il che di solito richiede la rimozione ad alta temperatura, ma può anche essere ottenuto chimicamente a basse temperature.
Un processo di calcinazione fino a 200°C o superiore può rimuovere efficacemente i ligandi, producendo cluster di oro nudo.
Applicazioni catalitiche
Le proprietà catalitiche dei cluster di oro nudo hanno attirato l'attenzione diffusa nella comunità scientifica. Gli studi hanno scoperto che quando i cluster d’oro vengono impiantati sulla superficie del FeOOH, possono catalizzare efficacemente la reazione di ossidazione della CO. Allo stesso modo, i cluster d’oro sulla superficie del TiO2 possono anche eseguire reazioni catalitiche a temperature estremamente basse. Ciò indica una stretta correlazione tra le proprietà strutturali dei cluster d'oro e la loro attività catalitica.
L'attività catalitica dei nanocluster d'oro è strettamente correlata alla loro struttura e dimensione, il che ci spinge alla necessità di ricerche approfondite su di essi.
Prospettive future dei nanocluster d'oro
Con lo sviluppo della tecnologia dei nanomateriali, il campo di applicazione dei cluster d'oro è diventato sempre più ampio. Dall’optoelettronica alla catalisi e persino nelle applicazioni biomediche, i nanocluster d’oro mostrano un grande potenziale. Il fenomeno della risonanza plasmonica superficiale (SPR) nelle nanoparticelle metalliche conferisce a queste particelle vantaggi speciali nello sviluppo di dispositivi ottici. La ricerca futura potrebbe concentrarsi su come personalizzare ulteriormente la struttura dei cluster d’oro per soddisfare esigenze applicative specifiche.
Tutto ciò solleva una domanda: nella futura esplorazione scientifica, possiamo esplorare più potenziali applicazioni dei cluster d'oro per promuovere il progresso e lo sviluppo della scienza e della tecnologia?
