Forskere syntetiserer rekord, atomisk præcise diamantformede nanoklynger af sølv

Et bredt internationalt samarbejde, der involverer forskere fra fire lande – Kina, Australien, Tyskland og Finland – har formået at syntetisere og karakterisere to hidtil ukendte, rekordstore sølv nanoclusters med 136 og 374 sølvatomer. Disse diamantformede nanoklynger (se figur), bestående af en sølvkerne på 2 til 3 nanometer og et beskyttende lag af sølvatomer og organiske thiolmolekyler, er de største, hvis struktur nu er kendt med atompræcision. Forskningen blev offentliggjort i Naturkommunikation den 9. september 2016.

Nanoclusterne blev syntetiseret på Xiamen University i Kina og karakteriseret ved røntgenkrystallografi og elektronmikroskopi i Kina, Australien og Tyskland. Deres elektroniske struktur og optiske egenskaber blev undersøgt beregningsmæssigt i Nanoscience Center (NSC) ved Universitetet i Jyväskylä i Finland.

Guld nanoclusters, der er stabiliseret af et thiol molekylært lag, har været kendt i årtier, men kun i løbet af de seneste år har sølvklynger tiltrukket sig større interesse i forskningsmiljøet. Sølv er et ønskeligt materiale til nanocluster-syntese, da det er et billigere metal end guld, og dets optiske egenskaber er bedre kontrollerbare til applikationer. Imidlertid, synteseopskrifter, der ville producere sølvklynger, der er stabile i længere tid, er ikke så udbredt kendt som for guld.

"Disse største atomisk præcise sølvnanocluster, der hidtil er kendt, tjener som fremragende modelsystemer til at forstå, hvordan sølvnanopartikler vokser, " siger professor Nanfeng Zheng, hvis forskergruppe forberedte klyngerne på Xiamen University i Kina. "Den indre struktur af metalkernen er en kombination af små krystallitter af sølv, der er sat sammen for at danne en femdobbelt symmetrisk diamantformet struktur."

"Fra et teoretisk synspunkt er disse nye klynger meget interessante, " siger akademiprofessor Hannu Häkkinen fra NSC i Jyväskylä. "Disse klynger er allerede store nok til, at de har egenskaber, der ligner sølvmetal, såsom stærk absorption af lys, der fører til kollektive oscillationer af elektronskyen kendt som plasmoner, men alligevel små nok til, at vi kan studere deres elektroniske struktur i detaljer. Til vores store overraskelse, beregningerne viste, at elektroner i det organiske molekylære lag deltager aktivt i sølvelektronernes kollektive svingning. Det ser ud til at være muligt derefter at aktivere disse klynger med lys for at lave kemi ved ligandoverfladen."