Finske videnskabsmænd afslører hemmeligheder bag en chiral guld nanocluster

Forskere ved Institut for Kemi og Nanovidenskabscenter ved Jyvaskyla Universitet (Finland) har løst den strukturelle, elektroniske og optiske egenskaber af en chiral guld nanocluster, der forblev et mysterium i ti år.

Den teoretiske struktur blev bekræftet ved sammenligning med eksperimentelle resultater opnået ved røntgendiffraktion fra pulverprøver af det rene klyngemateriale. Det teoretiske arbejde er udført i samarbejde med forskere ved Kansas State University og den eksperimentelle del på Hokkaido University. Holdet er støttet af Akademiet i Finland og CSC - IT-centret for videnskab.

Syntesen af ​​organothiolat-beskyttede guldklynger på 1 til 3 nm i størrelse har været velkendt siden midten af ​​1990'erne, men den detaljerede atomstruktur af de mest stabile klynger forblev et mysterium indtil for ganske nylig. I 2007 strukturen af ​​den første klynge, der indeholdt 102 guldatomer, blev løst ved Stanford University ved hjælp af enkeltkrystal røntgenkrystallografi. Den nu opløste klynge har præcis 38 guldatomer og 24 organothiolatmolekyler, der dækker dens overflade, og den er kun omkring en nanometer (nanometer =en milliontedel af en millimeter) i størrelse. Formen af ​​partiklen er prolat (cigarlignende), og 15 ud, hvis dets 38 guldatomer ligger på det beskyttende overfladelag, der er kemisk bundet til thiolatmolekylerne. Guldthiolatlaget har en chiral struktur, som er ansvarlig for de observerede chirale egenskaber. Den chirale struktur har to strukturelle former (enantiomerer), de såkaldte højrehåndede og venstrehåndede former, på en måde, der kan sammenlignes med en drejning i et DNA-molekyle eller med en drejning i trappestrukturen i en boligblok.

Chiralitet er en meget almindelig strukturel egenskab for molekyler i naturen. Den chirale natur af guldklynger påvirker den måde, de reagerer på cirkulært polariseret lys. Denne effekt blev først rapporteret i eksperimenter af professor Robert L. Whettens team ved Georgia Institute of Technology (Atlanta, USA) for præcis ti år siden. "Vi observerede, at især 38-atom-klyngen (som ingen strukturel information var tilgængelig for) er meget følsom for polarisering af lys, og den nu løste struktur forklarer endelig vores observationer, " kommenterer professor Whetten. I fremtiden, chirale guld nanoclusters kunne bruges som biokompatible, enantioselektive sensorer, lægemiddelbærere eller katalysatorer.