Ученые определили структуру незаряженных золотых наночастиц

Международная группа ученых впервые определила структуру наночастиц из незаряженных атомов золота. Как сообщается в пресс-релизе, опубликованном на сайте общества Макса Планка, исследователи смогли проанализировать структуру наночастиц, использовав необычную экспериментальную схему с применением масс-спектрометра и инфракрасного спектрометра. Работа опубликована в журнале Science.

Золото является катализатором многих важных для промышленности химических реакций. Золотые наночастицы, во-первых, содержат очень небольшое количество атомов дорогостоящего металла, а во-вторых, обладают более выраженным каталитическим эффектом, чем "куски" золота. При этом, в зависимости от структуры наночастиц, они могут быть более или менее сильными катализаторами.

Заряженные и незаряженные атомы золота формируют отличные по структуре наночастицы. До сих пор исследователи смогли определить только структуру наночастиц из заряженных атомов, так как кластеры, составленные из незаряженных атомов, нестабильны и их трудно получить в достаточном для изучения количестве. Чтобы преодолеть эту препятствие, химики под руководством Андре Филике (Andre Fielicke) решили получить трудноуловимые наночастицы в том же аппарате, где определяется их структура.

С помощью лазера ученые испаряли атомы с поверхности золотого слитка. Такое воздействие приводит к возникновению кластеров различной структуры. Чтобы отобрать из смеси наночастиц нужные, исследователи пропускали через нее мощный лазерный луч в инфракрасном диапазоне. Излучение определенной длины волны заставляет молекулы колебаться. В зависимости от их формы, молекулы совершают различные колебания при воздействии луча одной и той же длины волны. В данном случае ученые подобрали длину волны и интенсивность так, чтобы наиболее интенсивные колебания совершали заряженные наночастицы. Исследователи добились, что многие из заряженных кластеров распадались на отдельные атомы.

Таким образом исследователи обогатили смесь наночастиц кластерами из незаряженных атомов золота. На следующем этапе эксперимента они определяли структуру наночастиц, состоящих из 7, 19 и 20 атомов, на масс-спектрометре. Как показали ученые, самые крупные наночастицы представляют собой тетраэдр - пирамиду, в основании которой лежит треугольник. При "потере" одного атома пирамида "лишается" вершины. В наночастицах из семи атомов шесть образуют треугольник, а седьмой находится сбоку от него (смотри иллюстрацию к новости).

Структура наночастиц из 19 и 20 незаряженных атомов золота не отличается от структуры наночастиц из отрицательно заряженных атомов. Кластеры из 7 атомов формируют другую структуру в случае положительно заряженных атомов золота.

Структура золотых наночастиц различных размеров активно изучается в последнее время. Так, в начале июня в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences была опубликована статья, авторы которой показали, что стабильные наночастицы построены по принципу "суператомов". Атомы расположены таким образом, что у наночастицы нет свободных электронов, которые могли бы участвовать во внешних взаимодействиях и разрушать стабильную структуру.