Aanpassingen aan zwavelhoudende moleculen hebben onderzoekers in staat gesteld om de groei van gouden nanodraden nauwkeurig te beheersen, die mogelijk nuttig zijn in verschillende toepassingen, waaronder biosensoren en katalyse.

Ligandmoleculen worden gebruikt om te voorkomen dat nanostructuren te groot worden, of het vormen van ongewenste vormen. Suzhu Yu van het A*STAR Singapore Institute of Manufacturing Technology en collega's hadden eerder ontdekt dat zwavelhoudende moleculen, thiolen genaamd, die aan goud binden, kunnen worden gebruikt om zeer dunne gouden nanodraden te laten groeien. Nu hebben ze onderzocht hoe deze thiolen precies hun werk doen, en toonde aan dat verschillende soorten thiolen de vorm en grootte van de nanodraden kunnen verfijnen.

De onderzoekers bevestigden gouddeeltjes van enkele nanometers breed op een plak silicium, en doopte dit geheel vervolgens in een oplossing met een goudverbinding, een thiol-ligand, en een reductiemiddel dat goudatomen genereerde. Toen ze een ligand gebruikten genaamd 4-mercaptobenzoëzuur (4-MBA), uit de nanodeeltjes ontstond in 15 minuten een woud van gouden nanodraden met een doorsnede van 6 nanometer en een lengte van ongeveer 1 micrometer (zie afbeelding).

Het ligand bindt sterk aan elk blootgesteld deel van de gouden nanodraad, en interacties tussen ligandmoleculen houden ze dicht opeengepakt op het oppervlak van de draad. Dit voorkomt dat goudatomen in oplossing aan de zijkanten van de draad blijven kleven, zodat ze alleen op de kruising tussen de draad en de wafer aansluiten op de groeiende draad. Bijgevolg, de gouden nanodraad groeit als haar dat uit een follikel ontspruit, in plaats van een bol te vormen. "Dit actieve oppervlaktegroeimechanisme verschilt fundamenteel van andere gouden nanodraadgroeistrategieën, " zegt Yu.

Het veranderen van de positie van de chemische groepen in het ligand had ook een dramatisch effect op de groei van nanodraad. In 4-MBA, de thiolgroep bevindt zich aan de andere kant van het molecuul dan een carbonzuurgroep. Als deze groepen naast elkaar staan, zoals in 2-MBA, het carbonzuur interfereert met de pakking van de liganden rond de nanodraad, waardoor goudatomen kunnen sluipen en kort worden, klonterige nanostructuren. Een mengsel van 4-MBA- en 3-MBA-liganden zorgde ervoor dat sommige goudatomen aan de zijkanten van de nanostructuur bleven kleven terwijl deze groeide, het creëren van een taps toelopende nanodraad. Een ander ligand, 2-naftaleenthiol, maakte de gouden nanodraad extreem waterafstotend - een potentieel nuttige eigenschap in functionele oppervlakken.

Het team hoopt deze aanpak te gebruiken om andere gouden nanostructuren te maken, en onderzoeken hoe ze kunnen worden gebruikt als hoogrenderende elektroden in flexibele sensoren, of als katalysatoren om koolstofdioxide om te zetten in bruikbare producten.