Een brede internationale samenwerking met onderzoekers uit vier landen – China, Australië, Duitsland en Finland – zijn erin geslaagd om twee voorheen onbekende, recordgrote zilveren nanoclusters van 136 en 374 zilveratomen. Deze diamantvormige nanoclusters (zie figuur), bestaande uit een zilverkern van 2 tot 3 nanometer en een beschermende laag van zilveratomen en organische thiolmoleculen, zijn de grootste waarvan de structuur nu bekend is met atomaire precisie. Het onderzoek is gepubliceerd in Natuurcommunicatie op 9 september 2016.

De nanoclusters werden gesynthetiseerd in Xiamen University in China en gekarakteriseerd door röntgenkristallografie en elektronenmicroscopie in China, Australië en Duitsland. Hun elektronische structuur en optische eigenschappen werden computationeel bestudeerd in het Nanoscience Center (NSC) van de Universiteit van Jyväskylä in Finland.

Gouden nanoclusters die worden gestabiliseerd door een moleculaire thiollaag zijn al tientallen jaren bekend, maar pas de laatste jaren hebben zilverclusters meer belangstelling getrokken in de onderzoeksgemeenschap. Zilver is een wenselijk materiaal voor nanoclustersynthese omdat het een goedkoper metaal is dan goud en de optische eigenschappen ervan beter controleerbaar zijn voor toepassingen. Echter, syntheserecepten die zilverclusters zouden produceren die langdurig stabiel zijn, zijn niet zo algemeen bekend als voor goud.

"Deze grootste atomair nauwkeurige zilveren nanoclusters die tot nu toe bekend zijn, dienen als uitstekende modelsystemen om te begrijpen hoe zilveren nanodeeltjes groeien, " zegt professor Nanfeng Zheng wiens onderzoeksgroep de clusters heeft voorbereid aan de Xiamen University in China. "De interne structuur van de metalen kern is een combinatie van kleine kristallieten van zilver die met elkaar zijn verbonden om een ​​vijfvoudig symmetrische diamantvormige structuur te vormen."

"Vanuit theoretisch oogpunt zijn deze nieuwe clusters erg interessant, " zegt Akademiehoogleraar Hannu Häkkinen van het NSC in Jyväskylä. "Deze clusters zijn al groot genoeg om eigenschappen te hebben die vergelijkbaar zijn met zilvermetaal, zoals sterke absorptie van licht die leidt tot collectieve oscillaties van de elektronenwolk die bekend staat als plasmonen, maar klein genoeg om hun elektronische structuur in detail te bestuderen. Tot onze verbazing, uit de berekeningen bleek dat elektronen in de organische moleculaire laag actief deelnemen aan de collectieve oscillatie van de zilverelektronen. Het lijkt mogelijk om deze clusters vervolgens door licht te activeren om chemie te doen aan het ligandoppervlak."