Zlatý shluk - Gold cluster

Zlaté shluky v shluková chemie jsou materiály odvozené od zlata, které mohou být buď diskrétní molekuly, nebo větší koloidní částice. Oba typy jsou popsány jako nanočástice, s průměrem menším než jeden mikrometr. Nanoklastr je kolektivní skupina tvořená konkrétním počtem atomů nebo molekul, které drží pohromadě nějaký mechanismus interakce.[1] Zlaté nanoklastry mají potenciální aplikace v optoelektronice[2] a katalýza.[3]

Struktura

Výstavba Au13 dvacetistěnu.

Hromadné zlato vykazuje kubickou (fcc) strukturu zaměřenou na obličej. Jak velikost částic zlata klesá, fcc struktura zlata se transformuje do středobodové ikosaedrální struktury ilustrované Au
13
.[1] Je možné ukázat, že strukturu fcc lze rozšířit o poloviční jednotkovou buňku, aby vypadala jako cuboctahedral struktura. Cuboctahedral struktura udržuje kubický uzavřený balíček a symetrii fcc. To lze považovat za předefinování jednotkové buňky do složitější buňky. Každý okraj cuboctahedronu představuje periferní vazbu Au – Au. Cuboctahedron má 24 okrajů, zatímco dvacetistěn má 30 okrajů; přechod od cuboctahedron k icosahedron je upřednostňován, protože zvýšení vazeb přispívá k celkové stabilitě struktury icosahedron.[1]

Vycentrovaný ikosahedrický shluk Au
13
je základem konstrukce velkých zlatých nanoklastrů. Au
13
je koncový bod růstu atomu po atomu. Jinými slovy, počínaje jedním atomem zlata až Au
12
, každý úspěšný klastr je vytvořen přidáním jednoho dalšího atomu. Ikosahedrální motiv se nachází v mnoha zlatých klastrech prostřednictvím sdílení vrcholů (Au
25
a Au
36
), fúze obličeje (Au
23
a Au
29
) a vzájemně se prostupující biikosahedrony (Au
19
, Au
23
, Au
26
, a Au
29
).[1] Velké zlaté nanoklastry lze v zásadě redukovat na řadu ikosahedronů, které se navzájem spojují, překrývají a / nebo obklopují. Proces krystalizace zlatých nanoklastrů zahrnuje tvorbu povrchových segmentů, které rostou směrem ke středu kupy. Klastr předpokládá ikosahedrickou strukturu kvůli souvisejícímu snížení povrchové energie.[4]

Diskrétní zlaté shluky

Jsou dobře známy dobře definované molekulární klastry, které vždy obsahují organické ligandy na jejich exteriérech. Jsou dva příklady [Au
6
C (P (C.
6
H
5
)
3
)
6
]2+
a [Au
9
(P (C.
6
H
5
)
3
)
8
]3+
.[5] Aby se vytvořily nahé zlaté shluky pro katalytické aplikace, musí být ligandy odstraněny, což se obvykle provádí při vysoké teplotě (200 ° C / 392 ° F nebo vyšší) kalcinace proces,[6] ale lze jej dosáhnout také chemicky při nízkých teplotách (pod 100 ° C / 212 ° F), např. používat peroxid - asistovaná trasa.[7]

Koloidní klastry

Zlaté shluky lze získat v koloidní forma. Takové koloidy se často vyskytují s povrchovou vrstvou z alkanethioly nebo bílkoviny. Takové klastry lze použít v imunohistochemické barvení.[8] Zlatý kov nanočástice (NP) se vyznačují intenzivní absorpcí v viditelné region, který zvyšuje užitečnost těchto druhů pro vývoj zcela optických zařízení. Vlnová délka toho povrchová plazmonová rezonance Pás (SPR) závisí na velikosti a tvaru nanočástic a také na jejich interakcích s okolním médiem. Přítomnost tohoto pásma zvyšuje užitečnost nanočástic zlata jako stavebních kamenů pro zařízení pro ukládání dat, ultrarychlé přepínání a senzory plynů.

Klastry v plynné fázi

Byly předloženy důkazy o existenci dutých zlatých klecí s částečným vzorcem Au
n
s n = 16 až 18.[9] Tyto klastry o průměru 550 pikometry, jsou generovány laserovou vaporizací a charakterizovány fotoelektronová spektroskopie. Pomocí hmotnostní spektrometrie je jedinečná čtyřboká struktura Au
20
bylo potvrzeno.[10]

Katalýza

Při implantaci na a MNOHO povrch, zlaté shluky katalyzují oxidaci CO při okolních teplotách.[11] Podobně jsou implantovány zlaté shluky TiO
2
může oxidovat CO při teplotách až 40 K.[12] Katalytická aktivita korelovala se strukturou zlatých nanoklasterů. Silný vztah mezi energetickými a elektronickými vlastnostmi s velikostí a strukturou zlatých nanoklastrů.[13][14]

Viz také

Reference

  1. ^ A b C d Jin, Rongchao; Zhu, Yan; Qian, Huifeng (červen 2011). „Kvantové zlaté nanoklastry: překlenutí propasti mezi organometalikou a nanokrystaly“. Chemistry: A European Journal. 17 (24): 6584–6593. doi:10,1002 / chem.201002390. PMID  21590819.
  2. ^ Ghosh, Sujit Kumar; Pal, Tarasankar (2007). „Intercoupling Coupling Effect on the Surface Plasmon Resonance of Gold Nanoparticles: From Theory to Applications“. Chemické recenze. 107 (11): 4797–4862. doi:10.1021 / cr0680282. PMID  17999554.
  3. ^ Walker, A. V. (2005). "Struktura a energetika malých zlatých nanoklasterů a jejich pozitivních iontů". Journal of Chemical Physics. 122 (9). 094310. Bibcode:2005JChPh.122i4310W. doi:10.1063/1.1857478. PMID  15836131.
  4. ^ Nam, H.-S .; Hwang, Nong M .; Yu, B.D .; Yoon, J.-K. (Prosinec 2002). „Tvorba ikosahedrální struktury během zmrazování nanoklastrů zlata: povrchem indukovaný mechanismus“. Dopisy o fyzické kontrole. 89 (27). 275502. arXiv:fyzika / 0205024. Bibcode:2002PhRvL..89A5502N. doi:10.1103 / PhysRevLett.89.275502. PMID  12513216.
  5. ^ Holleman, A. F .; Wiberg, E. (2001). Anorganická chemie. San Diego: Academic Press. ISBN  978-0-12-352651-9.
  6. ^ Yuan, Youzhu; Asakura, Kiyotaka; et al. (1998). „Podporovaná katalýza zlata odvozená z interakce komplexu Au-fosfin s vysráženým hydroxidem titaničitým a oxidem titaničitým“. Katalýza dnes. 44 (1–4): 333–342. doi:10.1016 / S0920-5861 (98) 00207-7.
  7. ^ Kilmartin, John; Sarip, Rozie; et al. (2012). „Po vytvoření aktivních zlatých nanokatalyzátorů z molekulárních klastrů stabilizovaných fosfinem“. ACS katalýza. 2 (6): 957–963. doi:10.1021 / cs2006263.
  8. ^ Hainfeld, J. F .; Powell, R. D. (duben 2000). „Nové hranice se značením zlata“. Journal of Histochemistry & Cytochemistry. 48 (4): 471–480. doi:10.1177/002215540004800404. PMID  10727288.
  9. ^ Bulusu, Satya; Li, Xi; Wang, Lai-Sheng; Zeng, Xiao Cheng (květen 2006). „Důkazy o dutých zlatých klecích“. Sborník Národní akademie věd Spojených států amerických. 103 (22): 8326–8330. Bibcode:2006PNAS..103,8326B. doi:10.1073 / pnas.0600637103. PMC  1482493. PMID  16714382.
  10. ^ Gruene, Philipp; Rayner, David M .; Redlich, Britta; van der Meer, Alexander F. G .; Lyon, Jonathan T .; Meijer, Gerard; Fielicke, André (srpen 2008). „Struktury neutrálního au7, Au19a Au20 Klastry v plynné fázi ". Věda. 321 (5889): 674–676. Bibcode:2008Sci ... 321..674G. doi:10.1126 / science.1161166. hdl:11858 / 00-001M-0000-0010-FC2A-A. PMID  18669858.
  11. ^ Herzing, Andrew A .; Kiely, Christopher J .; Carley, Albert F .; Landon, Phillip; Hutchings, Graham J. (září 2008). "Identifikace zlatých nanoklastrů na oxidech železa podporujících oxidaci CO". Věda. 321 (5894): 1331–1335. Bibcode:2008Sci ... 321.1331H. doi:10.1126 / science.1159639. PMID  18772433.
  12. ^ Valden, M .; Lai, X .; Goodman, D. W. (září 1998). „Nástup katalytické aktivity klastrů zlata na Titanii se vzhledem nekovových vlastností“. Věda. 281 (5383): 1647–1650. Bibcode:1998Sci ... 281.1647V. doi:10.1126 / science.281.5383.1647. PMID  9733505.
  13. ^ Häkkinen, Hannu; Landman, Uzi (červenec 2000). „Zlaté klastry (AuN, 2 <~ N <~ 10) a jejich anionty ". Fyzický přehled B. 62 (4): R2287 – R2290. Bibcode:2000PhRvB..62,2287 H. doi:10.1103 / PhysRevB.62.R2287.
  14. ^ Li, Xi-Bo; Wang, Hong-Yan; Yang, Xiang-Dong; Zhu, Zheng-He; Tang, Yong-Jian (2007). "Velikostní závislost struktur a energetické a elektronické vlastnosti klastrů zlata". Journal of Chemical Physics. 126 (8). 084505. Bibcode:2007JChPh.126h4505L. doi:10.1063/1.2434779. PMID  17343456.

Další čtení

externí odkazy