A * STAR-onderzoekers hebben een manier bedacht om gouden nanoclusters te destabiliseren, zodat ze kleine atoomkernen vormen die vervolgens samengroeien tot perfect geproportioneerde, 12-zijdige dodecaëder kristallen. Deze unieke veelvlakken hebben energierijke oppervlakken die de katalytische efficiëntie van belangrijke chemische reacties kunnen verhogen en kunnen dienen als potentiële adsorptieplaatsen voor gerichte sensorapparaten.

Typisch, gouden nanoclusters worden bereid door een goudzwavelprecursor chemisch te reduceren in aanwezigheid van een organisch stabilisator. Deze procedure creëert een symmetrische kern van goudatomen die wordt beschermd door een dunne laag oppervlaktegroepen die bekend staat als thiolaten. Onderzoekers hebben veel technieken ontwikkeld om de grootte van de nanoclusters te variëren om hun chemische en fysische eigenschappen af ​​te stemmen. Maar het destabiliseren van goud-thiolaatbindingen om verdere transformaties in polyedrische kristallen mogelijk te maken, is een grotere uitdaging gebleken.

Om dit probleem aan te pakken, een interdisciplinair team onder leiding van Yong-Wei Zhang van het Institute of High Performance Computing en Ming-Yong Han van het Institute of Materials Research and Engineering van A*STAR in Singapore onderzocht strategieën om goudclusters te destabiliseren door de oppervlaktebeschermende thiolaten te oxideren. Hoewel veelbelovend, deze aanpak heeft zijn risico's:eerdere pogingen met ozondestabiliserende middelen produceerden ongecontroleerde aggregatie van goudatomen tot macroscopische precipitaten.

De onderzoekers onderzochten of overschakeling op een milder waterstofperoxide-destabilisatiemiddel gunstigere resultaten zou opleveren. Ze synthetiseerden eerst een oplossing van 25-atoom gouden clusters gestabiliseerd door buitenste lagen van runderserumalbumine (BSA). Toen waterstofperoxide aan het mengsel werd toegevoegd, de massaspectrometrie-instrumenten van het team toonden aan dat covalente goud-zwavelbindingen langzaam scheurden.

Deze op peroxide gebaseerde destabilisatie produceerde aanvankelijk kleinere goudclusters van 11 atomen. Maar na bijna een week bij kamertemperatuur te hebben gezeten, deze clusters veranderden in opmerkelijke dodecaëdervormen (zie afbeelding).

Scanning-elektronenmicroscopie met hoge resolutie onthulde dat elk facet op de dodecaëders identieke kristallografische oriëntaties had - een zeldzame verdeling van goudatomen die bekend staat als een [110] facet. Berekeningen van de dichtheidsfunctionaaltheorie, geïnitieerd door co-auteur Guijian Guan, toonden aan dat deze ongebruikelijke structuren ontstaan ​​​​wanneer aminozuren die vrijkomen uit BSA tijdens de destabilisatiereactie zich hechten aan de nanodeeltjes en groei bevorderen in elke kristalrichting behalve de [110] oriëntatie.

Guan legt uit dat omdat [110] facetten de hoogste oppervlakte-energie hebben van de standaard gouden facetten, ze presenteren sterke aantrekkingskrachten op binnenkomende moleculen - een fenomeen dat de katalytische capaciteit verbetert vanwege een sterkere bindingsaffiniteit voor doelmoleculen. "Bijvoorbeeld, we zagen een viervoudige verbetering in katalytisch vermogen voor onze dodecaëders in vergelijking met gouden nanodeeltjes tijdens de reductie van 4-nitrofenol tot 4-aminofenol, " merkt hij op.