Обычно нанокластеры золота получают путем химического восстановления прекурсора золото-сера в присутствии органического стабилизатора. Эта процедура создает симметричное ядро из атомов золота, защищенное тонким слоем поверхностных групп, известных как тиолаты.
Исследователи разработали множество методов для изменения размера нанокластеров, чтобы настроить их химические и физические свойства. Но дестабилизировать связи золото-тиолат, чтобы сделать возможным дальнейшее превращение в полиэдрические кристаллы, оказалось сложнее.
Чтобы решить эту проблему, междисциплинарная группа под руководством Юн-Вей Чжана из Института высокопроизводительных вычислений и Мин-Юн Хана из Института исследования материалов и инженерии A * STAR в Сингапуре исследовала стратегии дестабилизации кластеров золота путем окисления поверхности. -защита тиолатов. Будучи многообещающим, этот подход имеет свои риски: предыдущие попытки использования агентов дестабилизации озона приводили к неконтролируемой агрегации атомов золота в макроскопические осадки.
Исследователи изучили, даст ли переход на более мягкий дестабилизирующий агент перекись водорода более благоприятные результаты. Они впервые синтезировали раствор кластеров золота с 25 атомами, стабилизированного внешними слоями бычьего сывороточного альбумина (БСА).
Когда в смесь добавляли перекись водорода, инструменты масс-спектрометрии показали, что ковалентные связи золото-сера медленно разрываются.
Эта дестабилизация на основе пероксида первоначально давала более мелкие 11-атомные кластеры золота. Но после того, как они просидели почти неделю при комнатной температуре, эти кластеры превратились в замечательные формы додекаэдра.
Сканирующая электронная микроскопия высокого разрешения показала, что каждая грань додекаэдров имеет идентичную кристаллографическую ориентацию — редкое распределение атомов золота, известное как грань [110]. Расчеты теории функциональной плотности, инициированные соавтором Гуйджианом Гуаном, показали, что эти необычные структуры возникают, когда аминокислоты, высвобождающиеся из БСА во время реакции дестабилизации, присоединяются к наночастицам и способствуют росту во всех направлениях кристаллов, кроме ориентации [110].
Гуан объясняет, что, поскольку грани [110] имеют самую высокую поверхностную энергию среди стандартных золотых граней, они представляют собой сильные силы притяжения для входящих молекул — явление, которое улучшает каталитическую способность из-за более сильного сродства связывания с целевыми молекулами. «Например, мы наблюдали четырехкратное повышение каталитической способности наших додекаэдров по сравнению с наночастицами золота во время восстановления 4-нитрофенола до 4-аминофенола», — отмечает он.
Аффилированные с A * STAR исследователи, участвующие в этом исследовании, представляют Институт высокопроизводительных вычислений и Институт исследования материалов и инженерии.
Более подробную информацию об исследованиях группы можно найти на веб-странице Engineering Mechanics.