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
6C (P (C.
6H
5)
3)
6]2+ a [Au
9(P (C.
6H
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

Hlavní článek: Heterogenní katalýza zlata

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