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Misteriosos aglomerados de ouro nu: como descobrir seus mistérios estruturais no vácuo?
No campo da nanotecnologia, os clusters de ouro têm atraído amplo interesse de pesquisa devido às suas propriedades físicas e químicas únicas. Os aglomerados de ouro podem ser encontrados não apenas como moléculas discretas, mas também como partículas coloidais maiores, ambas com menos de um mícron de diâmetro. A estrutura e as propriedades desses nanoaglomerados estão amplamente relacionadas ao ambiente químico em que vivem, o que significa que a exploração da estrutura dos aglomerados de ouro puro abrirá novas portas para muitas aplicações.
Características e estrutura dos clusters de ouro puro
Aglomerados de ouro puro, ou seja, aglomerados de ouro sem conchas estabilizadoras, podem ser sintetizados e estudados no vácuo usando tecnologia de feixe molecular. A estrutura desses aglomerados de ouro foi estudada experimentalmente por vários métodos, como espectroscopia de fotoelétrons de ânions e espectroscopia de infravermelho distante. Estes estudos mostram que a estrutura dos aglomerados de ouro puro é muito diferente daquela dos aglomerados de ouro estabilizados por ligantes, destacando a influência decisiva do ambiente químico na estrutura dos aglomerados de ouro.
Por exemplo, Au20 forma um tetraedro perfeito, com seus átomos de ouro empilhados de maneira muito semelhante à estrutura cúbica de face centrada (fcc) do ouro metálico.
Estrutura de clusters de ouro estabilizados por ligante
Como o material a granel do ouro exibe uma estrutura cúbica de face centrada (fcc), quando o tamanho das partículas de ouro é reduzido, esta estrutura se transforma em uma estrutura octaédrica central, como mostrado por Au13. Esta forma de mudança permite que os aglomerados de ouro estendam ainda mais sua estrutura e formem formas de rede mais complexas. As estruturas de clusters de ouro estabilizados por ligantes podem ser divididas em várias formas e podem ser conectadas e fundidas entre si por meio de diferentes clusters de entrada.
Au13 em sua forma básica torna-se a base de grandes nanoaglomerados de ouro, e cada átomo de ouro adicional forma um novo aglomerado de ouro.
Aglomerados discretos de ouro e aglomerados de ouro coloidal
No estudo de aglomerados de ouro, aglomerados discretos de ouro são geralmente considerados formas moleculares intrínsecas, e essas formas geralmente contêm ligantes orgânicos na parte externa. Alguns clusters de ouro especiais, como [Au6C(P(C6H5)3)6]2+ e [Au9(P(C6H5)3)8]3+ são considerados clusters de ouro com interfaces bem definidas. Quando aglomerados de ouro puro são necessários para aplicações catalíticas, esses ligantes precisam ser removidos, o que geralmente requer remoção em alta temperatura, mas também pode ser realizado quimicamente em baixas temperaturas.
Um processo de calcinação de até 200°C ou mais pode remover efetivamente os ligantes, resultando em aglomerados de ouro puro.
Aplicações catalíticas
As propriedades catalíticas dos aglomerados de ouro puro atraíram ampla atenção na comunidade científica. Estudos descobriram que quando aglomerados de ouro são implantados na superfície do FeOOH, eles podem catalisar efetivamente a reação de oxidação do CO. Da mesma forma, aglomerados de ouro na superfície do TiO2 também podem realizar reações catalíticas em temperaturas extremamente baixas. Isto indica uma estreita correlação entre as propriedades estruturais dos aglomerados de ouro e a sua atividade catalítica.
A atividade catalítica dos nanoaglomerados de ouro está intimamente relacionada à sua estrutura e tamanho, o que nos leva à necessidade de pesquisas aprofundadas sobre eles.
Perspectivas futuras de nanoaglomerados de ouro
Com o desenvolvimento da tecnologia de nanomateriais, a gama de aplicações dos clusters de ouro tornou-se cada vez mais extensa. Da optoeletrônica à catálise e até mesmo em aplicações biomédicas, os nanoaglomerados de ouro apresentam grande potencial. O fenômeno da ressonância plasmônica de superfície (SPR) em nanopartículas metálicas confere a essas partículas vantagens especiais no desenvolvimento de dispositivos ópticos. A investigação futura poderá centrar-se em como adaptar ainda mais a estrutura dos clusters de ouro para satisfazer necessidades específicas de aplicação.
Tudo isto levanta uma questão: na futura exploração científica, poderemos explorar mais aplicações potenciais dos clusters de ouro para promover o progresso e o desenvolvimento da ciência e da tecnologia?
