Onderzoekers hebben een kleine structuur gesynthetiseerd uit 32 goudatomen. Deze nanocluster heeft een kern van 12 goudatomen omgeven door een schil van 20 extra goudatomen. Zoals de wetenschappers in het tijdschrift rapporteren Angewandte Chemie , de ongebruikelijke stabiliteit van dit cluster is het gevolg van elektronische interacties met amido- en fosfineliganden die aan het oppervlak zijn gebonden.

Aggregaten van enkele metaalatomen, bekend als clusters, worden steeds vaker gebruikt in katalyse, biowetenschap, en nanotechnologie. Sinds de ontdekking van een piramidale structuur van 20 goudatomen, "gouden kooien" zijn een nieuwe klasse van clusters geworden met ongebruikelijke structurele eigenschappen. Er werd voorspeld dat een cluster van 32 goudatomen zeer stabiel zou zijn en structureel zou lijken op C60 fullereen. C60 is een holle bol gemaakt van 60 koolstofatomen gerangschikt in een structuur van 5- en 6-ledige ringen, net als de facetten van een traditionele voetbal. Er wordt voorspeld dat "Gouden fullerenen" een breed spectrum aan mogelijke toepassingen zullen hebben, onder meer als vervoerders, moleculaire labels, en katalysatoren.

Een team onder leiding van Jun Li en Quan-Ming Wang (Tsinghua University, Peking, China) heeft nu een synthese bereikt van een nanocluster gemaakt van 32 goudatomen in oplossing. De synthese omvatte de directe reductie van goudbevattende voorlopers. De formule van de verbinding is [Au ₃₂ (Ph ₃ P) ₈ (dpa) ₆ ] ⁺ [SbF ₆ ^- ] ₂ (waarbij dpa =2, 2'-bipyridylamido ligand en Ph ₃ P =trifenylfosfineligand). De structuur bestaat uit een opstelling van 12 goudatomen in een kooi van 20 goudatomen - beschreven als Au12@Au20 - die wordt beschermd door acht Ph ₃ P- en zes dpa-liganden gebonden aan het oppervlak. Met een combinatie van analytische methoden en computerberekeningen, de wetenschappers waren in staat om de structuur volledig te bepalen:de geometrie, zijn chemische bindingsrelaties, en zijn elektronische structuur.

De "gouden kern" van de nieuwe clusterverbinding is een holle icosaëder (een vorm met 20 driehoekige vlakken) gemaakt van 12 goudatomen omgeven door een "schaal" van 20 goudatomen in de vorm van een dodecaëder (een vorm met 12 vijfhoekige vlakken ). De bindingen tussen de schaal en de kern zijn erg sterk. De acht Ph ₃ P-liganden zijn gebonden aan acht goudatomen van de schaal, de hoeken van een kubus vormen. De dpa-liganden zijn zo gerangschikt dat hun middelpunten de hoeken van een octaëder vormen. Ze zijn niet gebonden door hun amidogroepen, maar in plaats daarvan door de twee stikstofatomen in hun twee aromatische ringen, die elk twee goudatomen overbruggen.

"De geometrische en elektronische structuren van de gouden cluster hangen sterk af van interacties met de liganden, zoals bevestigd door onze kwantumchemische studies, ' stellen de onderzoekers. 'Vooral de dpa-liganden zorgen voor een effectieve stabilisatie van de gouden nanocluster. We verwachten dat een rijke verscheidenheid aan nanoclusters van muntmetaal kan worden gegenereerd met de bescherming van amido-liganden."

Andreas Schnepf en medewerkers van de Universiteit van Tübingen (Duitsland), Howard University (Washington, gelijkstroom, VS), en de Universiteit van Missouri, Kansas City (VS) rapporteerde onafhankelijk de synthese van een cluster bestaande uit 32 goudatomen. Deze studie is ingediend bij het tijdschrift Angewandte Chemie kort voordat het werk van het Chinese team werd ontvangen. Hun eenvoudige synthetische route leverde een verbinding op met de formule Au ₃₂ (R ₃ P) ₁₂ kl ₈ (waarbij R =ethyl, n-propyl, of n-butylgroep), ook met een Au32-clusterkernel. In dit geval, acht chloride-ionen en twaalf fosfineliganden die elk zijn uitgerust met drie korte alkylketens (R3P) zijn aan het oppervlak gebonden. De onderzoekers constateerden dat zowel de gouden icosaëder als de gouden dodecaëder licht vervormd zijn. The distortion results from the electronic structure and the electrical field within the cluster core (Jahn-Teller effect) as quantum-chemical calculations showed. The length of the alkyl chains did not influence the structure of the cluster.