Language
Country/Area
No result found
Từ phân tử đến hạt: Các cụm nano vàng làm thay đổi sự hiểu biết của chúng ta về vật liệu như thế nào?
Với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ nano, nghiên cứu về cụm nano vàng đã thu hút sự chú ý rộng rãi trong cộng đồng khoa học. Những hạt vàng nhỏ này không chỉ có khả năng thay đổi hiểu biết truyền thống của chúng ta về cấu trúc vật liệu mà còn cho thấy tiềm năng to lớn trong các ứng dụng công nghệ cao như quang điện tử và xúc tác. Đường kính của chúng nhỏ hơn một micromet và có thể là các phân tử riêng biệt hoặc các hạt keo lớn hơn. Đối với các nhà khoa học vật liệu, việc nghiên cứu các cụm nano vàng này không chỉ là quá trình khám phá sâu về vật chất dạng hạt mà còn là khám phá quan trọng về mối quan hệ giữa cấu trúc vật liệu và hiệu suất.
Các cụm nano vàng trần và các nghiên cứu về cấu trúc
Cụm vàng trần là cụm vàng không có lớp vỏ phối tử ổn định, có thể được tổng hợp và nghiên cứu trong chân không bằng kỹ thuật chùm phân tử. Các nhà khoa học đã khám phá cấu trúc của các cụm này bằng các kỹ thuật như quang phổ điện tử anion, quang phổ hồng ngoại xa và nhiễu xạ điện tử. Nghiên cứu cho thấy cấu trúc của các cụm nano vàng trần khác biệt đáng kể so với cấu trúc của các cụm vàng ổn định bằng phối tử, cho thấy môi trường hóa học có ảnh hưởng quan trọng đến cấu trúc của các cụm vàng.
Ví dụ, Au20 tạo thành một tứ diện hoàn hảo, với sự sắp xếp các nguyên tử vàng của nó rất giống với sự sắp xếp nguyên tử trong cấu trúc lập phương tâm mặt (fcc) của vàng kim loại.
Cấu trúc cụm vàng được ổn định bằng phối tử
Khác với việc thăm dò các cụm vàng trần, các cụm vàng được ổn định bằng phối tử có cấu trúc phức tạp hơn. Khi kích thước của các hạt vàng giảm, cấu trúc lập phương tâm diện của chúng chuyển thành cấu trúc hình nhị thập diện trung tâm, chẳng hạn như Au13. Sự chuyển đổi này làm tăng tính ổn định của các cụm vàng.
Các cụm vàng hình nhị thập diện được tìm thấy trong nhiều cụm vàng, được kết nối bằng cách chia sẻ đỉnh, hợp nhất mặt và các khối nhị thập diện xen kẽ.
Các cụm vàng rời rạc và ứng dụng của chúng
Các cụm phân tử được xác định rõ ràng thường chứa các phối tử hữu cơ, phải được loại bỏ để tạo ra các cụm vàng trần trong các ứng dụng xúc tác. Điều này thường đạt được bằng cách đốt ở nhiệt độ cao, nhưng cũng có thể thực hiện bằng phương pháp hóa học ở nhiệt độ thấp hơn.
Cụm vàng keo và tính chất quang học của chúng
Các cụm vàng cũng có thể tồn tại ở dạng keo, thường có lớp phủ bề mặt là alkylthiol hoặc protein. Các hạt vàng này có tiềm năng ứng dụng trong nhuộm miễn dịch mô học. Các hạt nano kim loại thể hiện tính chất hấp thụ mạnh trong vùng ánh sáng khả kiến, giúp tăng cường tiềm năng ứng dụng của chúng trong việc phát triển các thiết bị quang học.
Bước sóng của dải cộng hưởng plasmon bề mặt (SPR) phụ thuộc vào kích thước và hình dạng của các hạt nano.
Tính chất xúc tác của cụm vàng
Tiềm năng xúc tác của cụm vàng cũng rất nổi bật trong xúc tác môi trường. Ví dụ, khi các cụm vàng được cấy trên bề mặt FeOOH, chúng có thể xúc tác quá trình oxy hóa CO ở nhiệt độ môi trường. Hơn nữa, hoạt động xúc tác của các cụm vàng trên chất mang TiO2 có thể được thực hiện ở nhiệt độ cực thấp, cho thấy mối tương quan chặt chẽ giữa cấu trúc và hiệu suất xúc tác của chúng.
Đặc điểm cấu trúc của cụm nano vàng ảnh hưởng đến tính chất xúc tác của chúng, khiến việc nghiên cứu tác động của kích thước và cấu trúc của chúng lên tính chất xúc tác trở thành chủ đề quan trọng.
Kết thúc
Nghiên cứu về cụm nano vàng không chỉ giúp các nhà khoa học hiểu sâu hơn về vật liệu nano mà còn mở ra nhiều khả năng ứng dụng mới. Cách các hạt nhỏ này nắm bắt được cốt lõi của khoa học vật liệu trong tương lai và chúng sẽ tiết lộ ranh giới kiến thức và công nghệ nào chắc chắn sẽ là hướng đi quan trọng cho quá trình khám phá trong tương lai của cộng đồng khoa học.
