Золотой кластер - Gold cluster

Золотые кластеры в кластерная химия представляют собой материалы, полученные из золота, которые могут быть дискретными или более крупными коллоидный частицы. Оба типа описаны как наночастицы диаметром менее одного микрометра. Нанокластер - это коллективная группа, состоящая из определенного числа атомов или молекул, удерживаемых вместе некоторым механизмом взаимодействия.[1] Золотые нанокластеры имеют потенциальное применение в оптоэлектронике[2] и катализ.[3]

Структура

Строительство Au13 икосаэдр.

Объемное золото имеет гранецентрированную кубическую (ГЦК) структуру. По мере уменьшения размера частиц золота ГЦК-структура золота трансформируется в центрированно-икосаэдрическую структуру, показанную Au
13.[1] Можно показать, что ГЦК-структуру можно расширить на половину элементарной ячейки, чтобы она выглядела как кубооктаэдрическая структура. Кубооктаэдрическая структура сохраняет кубически замкнутую упаковку и симметрию ГЦК. Это можно рассматривать как переопределение элементарной ячейки в более сложную ячейку. Каждое ребро кубооктаэдра представляет собой периферийную связь Au – Au. Кубооктаэдр имеет 24 ребра, а икосаэдр - 30 ребер; переход от кубооктаэдра к икосаэдру благоприятен, поскольку увеличение связей вносит вклад в общую стабильность структуры икосаэдра.[1]

Центрированный икосаэдрический кластер Au
13 является основой для создания крупных нанокластеров золота. Au
13 это конечная точка роста по атомам. Другими словами, начиная с одного атома золота до Au
12, каждый успешный кластер создается добавлением одного дополнительного атома. Мотив икосаэдра встречается во многих кластерах золота благодаря совместному использованию вершин (Au
25 и Au
36), Face-Fusion (Au
23 и Au
29) и взаимопроникающие биикосаэдры (Au
19, Au
23, Au
26, и Au
29).[1] Крупные нанокластеры золота могут быть сведены к серии икосаэдров, соединяющихся, перекрывающихся и / или окружающих друг друга. Процесс кристаллизации нанокластеров золота включает образование сегментов поверхности, которые растут к центру кластера. Кластер принимает икосаэдрическую структуру из-за связанного с этим снижения поверхностной энергии.[4]

Дискретные кластеры золота

Известны четко определенные молекулярные кластеры, неизменно содержащие органические лиганды на их экстерьере. Два примера: [Au
6C (P (C
6ЧАС
5)
3)
6]2+ и [Au
9(ПК
6ЧАС
5)
3)
8]3+.[5] Чтобы создать кластеры голого золота для каталитических применений, необходимо удалить лиганды, что обычно выполняется при высокой температуре (200 ° C / 392 ° F или выше). прокаливание процесс,[6] но также может быть получено химическим путем при низких температурах (ниже 100 ° C / 212 ° F), например используя перекись -сопровождаемый маршрут.[7]

Коллоидные кластеры

Золотые кластеры можно получить в коллоидная форма. Такие коллоиды часто встречаются с поверхностным покрытием из алкантиолы или же белки. Такие кластеры можно использовать в иммуногистохимическое окрашивание.[8] Золотой металл наночастицы (НЧ) характеризуются интенсивным поглощением в видимый области, что увеличивает полезность этих видов для разработки полностью оптических устройств. Длина волны этого поверхностный плазмонный резонанс Полоса (SPR) зависит от размера и формы наночастиц, а также от их взаимодействия с окружающей средой. Наличие этой полосы увеличивает полезность наночастиц золота в качестве строительных блоков для устройств хранения данных, сверхбыстрого переключения и газовых датчиков.

Газофазные кластеры

Представлены доказательства существования полых золотых клеток с частичной формулой Au
п− с п = От 16 до 18.[9] Эти кластеры диаметром 550 пикометры, генерируются лазерным испарением и характеризуются фотоэлектронная спектроскопия. Используя масс-спектрометрию, уникальная тетраэдрическая структура Au
20 было подтверждено.[10]

Катализ

Основная статья: Гетерогенный золотой катализ

При имплантации на FeOOH поверхности, кластеры золота катализируют окисление CO при температуре окружающей среды.[11] Подобным образом золотые кластеры имплантированы на TiO
2 может окислять CO при температуре до 40К.[12] Каталитическая активность коррелирует со структурой нанокластеров золота. Сильная связь между энергетическими и электронными свойствами с размером и структурой нанокластеров золота.[13][14]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б c d Джин, Ронгчао; Чжу, Ян; Цянь, Хуйфэн (июнь 2011 г.). «Квантовые нанокластеры золота: преодоление разрыва между металлоорганическими соединениями и нанокристаллами». Химия: европейский журнал. 17 (24): 6584–6593. Дои:10.1002 / chem.201002390. PMID  21590819.
  2. ^ Гош, Суджит Кумар; Пал, Тарасанкар (2007). «Эффект взаимодействия взаимодействия на поверхностном плазмонном резонансе наночастиц золота: от теории к приложениям». Химические обзоры. 107 (11): 4797–4862. Дои:10.1021 / cr0680282. PMID  17999554.
  3. ^ Уокер, А. В. (2005). "Структура и энергетика малых нанокластеров золота и их положительных ионов". Журнал химической физики. 122 (9). 094310. Bibcode:2005JChPh.122i4310W. Дои:10.1063/1.1857478. PMID  15836131.
  4. ^ Nam, H.-S .; Hwang, Nong M .; Ю. Б. Д .; Юн, Дж .-К. (Декабрь 2002 г.). «Формирование икосаэдрической структуры при замораживании нанокластеров золота: поверхностно-индуцированный механизм». Письма с физическими проверками. 89 (27). 275502. arXiv:физика / 0205024. Bibcode:2002PhRvL..89A5502N. Дои:10.1103 / PhysRevLett.89.275502. PMID  12513216.
  5. ^ Холлеман, А. Ф .; Виберг, Э. (2001). Неорганическая химия. Сан-Диего: Academic Press. ISBN  978-0-12-352651-9.
  6. ^ Юань, Youzhu; Асакура, Киётака; и другие. (1998). «Катализ с использованием золота на подложке, происходящий от взаимодействия комплекса Au-фосфин с осажденным гидроксидом титана и оксидом титана». Катализ сегодня. 44 (1–4): 333–342. Дои:10.1016 / S0920-5861 (98) 00207-7.
  7. ^ Килмартин, Джон; Сарип, Рози; и другие. (2012). «После создания активных нанокатализаторов золота из молекулярных кластеров, стабилизированных фосфином». Катализ ACS. 2 (6): 957–963. Дои:10.1021 / cs2006263.
  8. ^ Hainfeld, J. F .; Пауэлл, Р. Д. (апрель 2000 г.). «Новые рубежи в золотом этикетировании». Журнал гистохимии и цитохимии. 48 (4): 471–480. Дои:10.1177/002215540004800404. PMID  10727288.
  9. ^ Булусу, Сатья; Ли, Си; Ван, Лай-Шэн; Цзэн, Сяо Чэн (май 2006 г.). "Свидетельства о полых золотых клетках". Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 103 (22): 8326–8330. Bibcode:2006ПНАС..103.8326Б. Дои:10.1073 / pnas.0600637103. ЧВК  1482493. PMID  16714382.
  10. ^ Грюн, Филипп; Райнер, Дэвид М .; Редлих, Бритта; ван дер Меер, Александр Ф. Г .; Лион, Джонатан Т .; Мейер, Жерар; Фелике, Андре (август 2008 г.). «Структуры нейтрального Au7, Au19, а Au20 Кластеры в газовой фазе ». Наука. 321 (5889): 674–676. Bibcode:2008Sci ... 321..674G. Дои:10.1126 / science.1161166. HDL:11858 / 00-001M-0000-0010-FC2A-A. PMID  18669858.
  11. ^ Герцинг, Эндрю А .; Кили, Кристофер Дж .; Карли, Альберт Ф .; Лэндон, Филипп; Хатчингс, Грэм Дж. (Сентябрь 2008 г.). «Идентификация нанокластеров золота на носителях из оксида железа для окисления CO». Наука. 321 (5894): 1331–1335. Bibcode:2008Научный ... 321.1331H. Дои:10.1126 / science.1159639. PMID  18772433.
  12. ^ Valden, M .; Lai, X .; Гудман, Д. У. (сентябрь 1998 г.). «Начало каталитической активности кластеров золота на Титании с появлением неметаллических свойств». Наука. 281 (5383): 1647–1650. Bibcode:1998Sci ... 281.1647V. Дои:10.1126 / science.281.5383.1647. PMID  9733505.
  13. ^ Хаккинен, Ханну; Ландман, Узи (июль 2000 г.). "Золотые кластеры (AuN, 2 <~ N <~ 10) и их анионы ». Физический обзор B. 62 (4): R2287 – R2290. Bibcode:2000PhRvB..62.2287H. Дои:10.1103 / PhysRevB.62.R2287.
  14. ^ Ли, Си-Бо; Ван, Хун-Янь; Ян, Сян-Донг; Чжу, Чжэн-Хэ; Тан, Юн-Цзянь (2007). «Размерная зависимость структур, энергетических и электронных свойств кластеров золота». Журнал химической физики. 126 (8). 084505. Bibcode:2007ЖЧФ.126х4505Л. Дои:10.1063/1.2434779. PMID  17343456.

дальнейшее чтение

внешняя ссылка