Specialdesignede sølv nanoclusters

Ændring af et enkelt atom i en sølv nanocluster ændrer dets egenskaber betydeligt, skabe en spændende mulighed for at designe disse klynger.

Udseendet af metaller, såsom deres skinnende overflade eller deres elektriske ledningsevne, bestemmes af ensemblet af atomer, der består af metallet. Situationen adskiller sig på molekylær skala, og forskere ved King Abdullah University of Science and Technology (KAUST), Saudi Arabien, har vist, at udskiftning af et enkelt atom i en klynge af 25 sølvatomer med et guldatom fundamentalt ændrer dets egenskaber.

Metal atom nanoclusters er lavet af en kerne af nogle få metal atomer omgivet af en beskyttende skal af stabiliserende ligander. Nanoclusters kommer i forskellige størrelser, men hver stabil variation af nanoclusters har nøjagtig det samme antal metalatomer. Dette fører til meget kontrollerbare egenskaber, bemærkede Osman Bakr, KAUST lektor i materialevidenskab og teknik og leder af forskergruppen.

"Nanoclusters har unikke arrangementer af atomer og størrelsesafhængig absorption, fluorescens, elektroniske og katalytiske egenskaber, " han sagde.

En populær metal nanocluster er [Ag ₂₅ (SR) ₁₈ ]-, som består af 25 sølvatomer. Denne nanocluster er unik, da den svarer til en guld nanocluster, der har nøjagtig det samme antal atomer. Begge klynger har forskellige egenskaber på grund af det forskellige anvendte metal. For at forstå præcis, hvordan atomsammensætningen påvirker disse egenskaber, forskerne erstattede et enkelt sølvatom med guld.

At erstatte et enkelt atom i en nanocluster er en vanskelig opgave. Direkte kemiske metoder kan anvendes, men disse giver ringe kontrol over hvor mange atomer der erstattes, hvilket gør det vanskeligt at tillægge nanoclusterstrukturen særlige egenskaber.

I stedet, forskerne brugte en galvanisk udskiftningsproces, der er afhængig af forskellen i det elektrokemiske potentiale mellem de indkommende og udgående atomer for at fremkalde atomudskiftninger. Til deres overraskelse, processen frembragte en pålidelig og præcis atomudveksling, hvor kun det centrale sølvatom er erstattet af guld.

Udskiftningen gav dramatiske ændringer i nanoclusteren. En opløsning af sølv nanoclusterne ser orange ud, hvorimod farven efter udskiftningen af ​​det centrale atom bliver mørkegrøn.

Dette indikerer mere fundamentale ændringer i egenskaber, sagde Bakr. "Den omgivende stabilitet og fluorescens af nanocluster blev forbedret med en faktor på 25 som et resultat af denne enkelt atom udskiftning. Desuden, vi er nu i stand til at demonstrere vigtigheden af ​​en enkelt atom urenhed på nanopartikler og modulere egenskaberne på enkelt atom niveau, " bemærkede han.

Den pålidelige udskiftning af kun et enkelt guldatom åbner døren til en mere systematisk undersøgelse af metalnanoklynger, som kan være med til at afdække mekanismerne for de kemiske og fysiske ændringer, der opstår ved udskiftningen.