24 czerwca 2024

 

Golden pojedyncza warstwa atomów złota

Badacze inżynierii materiałowej z Uniwersytetu Linköping w Szwecji uzyskali płaską strukturę zbudowaną z pojedynczej warstwy atomów złota. To kolejny materiał dwuwymiarowy, obok grafenu, stanenu, silicenu, borofenu i germanenu.

Metoda otrzymywania goldenu została odkryta właściwie przypadkiem podczas eksperymentów z węglikiem tytanowo-krzemowym prowadzonych przez prof. Larsa Hultmana. W strukturze tego metalowo-ceramicznego kompozytu krzem występuje w postaci płaskich warstw pomiędzy kryształami węglika tytanu. W ramach eksperymentu, próbkę Ti3SiC2 pokryto cienką warstwą złota. W wysokiej temperaturze w strukturze próbki nastąpiło zjawisko interkalacji, w wyniku której warstwę krzemu zastąpiła warstwa złota. Uzyskano tym samym węglik tytanowo-złoty, zawierający pojedynczą warstwę atomów złota. Przez lata badacze z Linköping dysponowali węglikiem Ti3AuC2, nie podejrzewając, że z materiału możliwe jest wyodrębnienie goldenu.

Pracujący w Linköping badacz Shun Kashiwaya przeprowadził kolejny eksperyment, poddając próbkę tytanowo-złotego węglika działaniu odczynnika trawiącego Murakami na bazie żelazicyjanku potasu, stosowanego w tradycyjnym, japońskim kowalstwie artystycznym do barwienia stali. Zidentyfikowano optymalne parametry trawienia i przeprowadzono proces w ciemności, by nie doszło do cyjanizacji złota. Wyodrębnioną warstwę złota pokryto środkami powierzchniowo czynnymi – surfakantami (bromkiem heksadecylotrimetyloamoniowym CTAB, cysteiną i cysteaminą), aby zapobiec marszczeniu się powierzchni materiału. Tak otrzymywane płytki goldenu przechowywane są w specjalnym roztworze.

Golden zawdzięcza swoją wyjątkowość strukturze atomowej, w której każdy z atomów złota wiąże się z sześcioma sąsiednimi atomami (dla porównania w normalnym, trójwymiarowym krysztale złota – z dwunastoma). W konsekwencji atomy goldenu mają dwa wolne wiązania atomowe, co otwiera perspektywy jego zastosowania na potrzeby np. katalizowania produkcji wodoru. Będąc półprzewodnikiem, golden może być także wykorzystany w elektronice.

liu.se

Kashiwaya, S., Shi, Y., Lu, J. et al.: Synthesis of goldene comprising single-atom layer gold. Nat. Synth (2024).