Language
Country/Area
No result found
Các cụm vàng trần trụi bí ẩn: Làm thế nào để khám phá bí ẩn cấu trúc của chúng trong chân không?
Trong lĩnh vực công nghệ nano, các cụm vàng đã thu hút được sự quan tâm nghiên cứu rộng rãi nhờ các tính chất vật lý và hóa học độc đáo của chúng. Các cụm vàng có thể được tìm thấy không chỉ ở dạng phân tử rời rạc mà còn ở dạng hạt keo lớn hơn, cả hai đều có đường kính nhỏ hơn một micron. Cấu trúc và tính chất của các cụm nano này phần lớn liên quan đến môi trường hóa học mà chúng tồn tại, nghĩa là việc khám phá cấu trúc của cụm vàng trần sẽ mở ra những cánh cửa mới cho nhiều ứng dụng.
Đặc điểm và cấu trúc của cụm vàng trần
Cụm vàng trần, tức là cụm vàng không có vỏ chất ổn định, có thể được tổng hợp và nghiên cứu trong chân không bằng công nghệ chùm phân tử. Cấu trúc của các cụm vàng này đã được nghiên cứu thực nghiệm bằng nhiều phương pháp khác nhau, chẳng hạn như quang phổ quang điện tử anion và quang phổ hồng ngoại xa. Các nghiên cứu này cho thấy cấu trúc của cụm vàng trần rất khác so với cấu trúc của cụm vàng được ổn định bằng phối tử, nêu bật ảnh hưởng quyết định của môi trường hóa học đến cấu trúc của cụm vàng.
Ví dụ, Au20 tạo thành một khối tứ diện hoàn hảo, với các nguyên tử vàng của nó xếp chồng lên nhau theo kiểu rất giống với cấu trúc lập phương tâm mặt (fcc) của vàng kim loại.
Cấu trúc của cụm vàng ổn định phối tử
Vì vật chất khối của vàng có cấu trúc lập phương tâm mặt (fcc), nên khi kích thước của các hạt vàng giảm, cấu trúc này chuyển thành cấu trúc bát diện trung tâm, như được thể hiện bởi Au13. Hình thức thay đổi này cho phép các cụm vàng mở rộng hơn nữa cấu trúc của chúng và hình thành các dạng mạng tinh thể phức tạp hơn. Các cấu trúc cụm vàng được ổn định bằng phối tử có thể được chia thành nhiều dạng khác nhau và có thể được kết nối và hợp nhất với nhau thông qua các cụm đầu vào khác nhau.
Au13 ở dạng cơ bản trở thành nền tảng của các cụm vàng nano lớn và mỗi nguyên tử vàng bổ sung sẽ tạo thành một cụm vàng mới.
Cụm vàng rời rạc và cụm vàng keo
Trong nghiên cứu về cụm vàng, các cụm vàng rời rạc thường được coi là dạng phân tử nội tại và các dạng này thường chứa các phối tử hữu cơ ở bên ngoài. Một số cụm vàng đặc biệt như [Au6C(P(C6H5)3)6]2+ và [Au9(P(C6H5)3)8]3+ được coi là cụm vàng có giao diện được xác định rõ. Khi cần các cụm vàng trần cho các ứng dụng xúc tác, các phối tử này cần phải được loại bỏ, việc này thường yêu cầu loại bỏ ở nhiệt độ cao, nhưng cũng có thể được thực hiện về mặt hóa học ở nhiệt độ thấp.
Quy trình nung ở nhiệt độ lên tới 200°C hoặc cao hơn có thể loại bỏ các phối tử một cách hiệu quả, tạo ra các cụm vàng trần.
Ứng dụng xúc tác
Tính chất xúc tác của cụm vàng trần đã thu hút được sự chú ý rộng rãi trong cộng đồng khoa học. Các nghiên cứu đã phát hiện ra rằng khi các cụm vàng được cấy lên bề mặt FeOOH, chúng có thể xúc tác hiệu quả cho phản ứng oxy hóa CO. Tương tự, các cụm vàng trên bề mặt TiO2 cũng có thể thực hiện phản ứng xúc tác ở nhiệt độ cực thấp. Điều này cho thấy mối tương quan chặt chẽ giữa tính chất cấu trúc của cụm vàng và hoạt động xúc tác của chúng.
Hoạt động xúc tác của các cụm nano vàng có liên quan chặt chẽ đến cấu trúc và kích thước của chúng, điều này khiến chúng tôi cần phải nghiên cứu chuyên sâu về chúng.
Triển vọng tương lai của cụm nano vàng
Với sự phát triển của công nghệ vật liệu nano, phạm vi ứng dụng của cụm vàng ngày càng mở rộng. Từ quang điện tử đến xúc tác và thậm chí trong các ứng dụng y sinh, cụm nano vàng cho thấy tiềm năng to lớn. Hiện tượng cộng hưởng plasmon bề mặt (SPR) trong các hạt nano kim loại mang lại cho các hạt này những lợi thế đặc biệt trong việc phát triển các thiết bị quang học. Nghiên cứu trong tương lai có thể tập trung vào cách điều chỉnh thêm cấu trúc của cụm vàng để đáp ứng nhu cầu ứng dụng cụ thể.
Tất cả những điều này đặt ra một câu hỏi: Trong hoạt động khám phá khoa học trong tương lai, liệu chúng ta có thể khám phá thêm những ứng dụng tiềm năng của cụm vàng nhằm thúc đẩy tiến bộ và phát triển của khoa học và công nghệ không?
