Golden fullerene:ligandbeskyttet nanokluster lavet af 32 guldatomer

Forskere har syntetiseret en lille struktur fra 32 guldatomer. Denne nanokluster har en kerne af 12 guldatomer omgivet af en skal af 20 ekstra guldatomer. Som forskerne rapporterer i tidsskriftet Angewandte Chemie , den usædvanlige stabilitet af denne klynge skyldes elektroniske interaktioner med amido- og phosphinligander bundet til dens overflade.

Aggregater af et par metalatomer, kendt som klynger, bruges i stigende grad til katalyse, biovidenskab, og nanoteknologi. Siden opdagelsen af ​​en pyramideformet struktur med 20 guldatomer, "gyldne bure" er blevet en ny klasse af klynger med usædvanlige strukturelle egenskaber. Det blev forudsagt, at en klynge med 32 guldatomer skulle være meget stabil og strukturelt ville ligne C60 fulleren. C60 er en hul kugle lavet af 60 carbonatomer arrangeret i en struktur af 5- og 6-ledede ringe, ligesom facetterne ved en traditionel fodbold. "Gyldne fullerener" forudsiges at have et bredt spektrum af potentielle anvendelser, herunder som transportører, molekylære mærker, og katalysatorer.

Et team ledet af Jun Li og Quan-Ming Wang (Tsinghua University, Beijing, Kina) har nu opnået en syntese af et nanokluster fremstillet af 32 guldatomer i opløsning. Syntesen involverede den direkte reduktion af guldholdige forstadier. Formlen for forbindelsen er [Au ₃₂ (Ph ₃ P) ₈ (dpa) ₆ ] ⁺ [SbF ₆ ^- ] ₂ (hvor dpa =2, 2'-bipyridylamido ligand og Ph ₃ P =triphenylphosphinligand). Strukturen består af et arrangement af 12 guldatomer i et bur med 20 guldatomer - beskrevet som Au12@Au20 - der er beskyttet af otte Ph ₃ P og seks dpa ligander bundet til overfladen. Med en kombination af analytiske metoder og computerberegninger, forskerne var i stand til fuldstændigt at bestemme strukturen:dens geometri, dets kemiske bindingsforhold, og dens elektroniske struktur.

Den "gyldne kerne" i den nye klyngeforbindelse er en hul icosahedron (en form med 20 trekantede flader) lavet af 12 guldatomer omgivet af en "skal" på 20 guldatomer i form af en dodecahedron (en form med 12 femkantede flader ). Bindningerne mellem skallen og kernen er meget stærke. De otte ph ₃ P -ligander er bundet til otte guldatomer i skallen, danner hjørner af en terning. DPA -liganderne er arrangeret således, at deres midtpunkter danner hjørnerne af en oktaeder. De er ikke bundet gennem deres amidogrupper, men i stedet gennem de to nitrogenatomer i deres to aromatiske ringe, som hver bygger to guldatomer.

"Guldklyngens geometriske og elektroniske strukturer afhænger meget stærkt af interaktioner med liganderne, som bekræftet af vores kvantekemiske undersøgelser, "angiv forskerne." DPA -liganderne sikrer især den effektive stabilisering af guldnanoklyngen. Vi forventer, at der kan genereres en lang række nanokluster i møntmetal med beskyttelse af amido-ligander. "

Andreas Schnepf og kolleger fra University of Tübingen (Tyskland), Howard University (Washington, D.C., USA), og University of Missouri, Kansas City (USA) rapporterede uafhængigt af syntesen af ​​en klynge bestående af 32 guldatomer. Denne undersøgelse blev indsendt til tidsskriftet Angewandte Chemie kort før arbejdet i det kinesiske team blev modtaget. Deres enkle syntetiske rute gav en forbindelse med formlen Au ₃₂ (R ₃ P) ₁₂ Cl ₈ (hvor R =ethyl, n-propyl, eller n-butylgruppe), også med en Au32 -klynge -kerne. I dette tilfælde, otte chloridioner og tolv phosphinligander hver udstyret med tre korte alkylkæder (R3P) er bundet til overfladen. Forskerne observerede, at guld -icosahedron såvel som gold -dodecahedron er lidt forvrænget. The distortion results from the electronic structure and the electrical field within the cluster core (Jahn-Teller effect) as quantum-chemical calculations showed. The length of the alkyl chains did not influence the structure of the cluster.