Onderzoekers van het Department of Chemistry and Nanoscience Center van de Universiteit van Jyvaskyla (Finland) hebben de structurele, elektronische en optische eigenschappen van een chiraal gouden nanocluster dat tien jaar lang een mysterie bleef.

De theoretische structuur werd bevestigd door vergelijking met experimentele resultaten verkregen door röntgendiffractie van poedermonsters van het zuivere clustermateriaal. Het theoretische werk is gedaan in samenwerking met onderzoekers van de Kansas State University en het experimentele deel aan de Hokkaido University. Het team wordt ondersteund door de Academie van Finland en de CSC - het IT Center for Science.

De synthese van door organothiolaat beschermde goudclusters van 1 tot 3 nm groot is al sinds het midden van de jaren negentig bekend. maar de gedetailleerde atomaire structuur van de meest stabiele clusters bleef tot voor kort een mysterie. In 2007, de structuur van het eerste cluster dat 102 goudatomen bevatte, werd opgelost aan de Stanford University met behulp van monokristallijne röntgenkristallografie. Het nu opgeloste cluster heeft precies 38 goudatomen en 24 organothiolaatmoleculen die het oppervlak bedekken en is ongeveer één nanometer (nanometer =een miljoenste van een millimeter) groot. De vorm van het deeltje is prolate (sigaarachtig), en 15 uit als zijn 38 goudatomen zich op de beschermende oppervlaktelaag bevinden die chemisch is gebonden aan de thiolaatmoleculen. De goudthiolaatlaag heeft een chirale structuur, die verantwoordelijk is voor de waargenomen chirale eigenschappen. De chirale structuur heeft twee structurele vormen (enantiomeren), de zogenaamde rechtshandige en linkshandige vormen, vergelijkbaar met een draaiing in een DNA-molecuul of met een draaiing in de trapstructuur van een flatgebouw.

Chiraliteit is een veel voorkomende structurele eigenschap van moleculen in de natuur. De chirale aard van gouden clusters beïnvloedt de manier waarop ze reageren op circulair gepolariseerd licht. Dit effect werd voor het eerst gerapporteerd in experimenten door het team van professor Robert L. Whetten aan het Georgia Institute of Technology (Atlanta, VS) precies tien jaar geleden. "We hebben vastgesteld dat met name het cluster met 38 atomen (waarvoor geen structurele informatie beschikbaar was) erg gevoelig is voor de polarisatie van licht, en de nu opgeloste structuur verklaart eindelijk onze waarnemingen, ", zegt professor Wetten. In de toekomst, chirale gouden nanoclusters kunnen worden gebruikt als biocompatibel, enantioselectieve sensoren, geneesmiddeldragers of katalysatoren.