Новости химической науки > Нанотрансмутация серебра в золото

Занявшись «наноалхимией», исследователи смогли синтезировать нанокластер серебра, который практически идентичен нанокластеру золота. Речь идет не только о том, что цвет нового серебряного кластера ярко-желтый, как у золотого кластера, но и о том, что химическое строение и свойства нового нанообъекта очень сильно напоминают свойства кластеров из золота.

Результаты работы демонстрируют, что, несмотря на различие между двумя металлами, существует возможность создания наночастиц из серебра, выглядящих и ведущих себя как наночастицы из золота, и, вполне возможно, в обозримом будущем удастся найти и другие пары элементов, способные заменить друг друга на наноуровне.

Как говорит один из авторов исследования Осман Бакр (Osman Bakr), результаты работы чем-то похожи на алхимию, но исследователи все же называют их «наноалхимией». Он признается, что после регистрации первого оптического спектра нового серебряного нанокластера первая мысль его и его коллег была о том, что по какой-то причине вместо исходных серебросодержащих реагентов были взяты золотосодержащие, в результате чего был получен не серебряный, а золотой нанокластер. Однако неоднократное воспроизведение синтеза и многочисленные спектральные исследования доказали, что никакой путаницы не было, просто новый серебряный нанокластер действительно напоминает золотую наносистему по всем параметрам. Цвет синтезированного объекта и его оптический спектр практически не отличались от цвета и спектра золотого нанокластера, но самое большое удивление, пожалуй, вызывала схожесть результатов изучения и золотого, и серебряного кластера методом РСА.

Конечно, «нанотрансмутация» не превратила серебро в золото на атомном уровне – 47 протонов в ядре серебра не превратились в 79 протонов золота. Речь идет о том, что лигандно стабилизированный металлический кластер серебра [Ag₂₅(SPhMe₂)₁₈]^- демонстрировал удивительную схожесть с полученным ранее кластером [Au₂₅(SPhMe₂)₁₈]^-. Помимо одинакового состава оба кластера демонстрируют и одинаковое расположение атомов металла и лигандов, а также одинаковую электронную конфигурацию.

Собственно говоря, тот факт, что новый серебряный кластер аналогично системе [Au₂₅(SPhMe₂)₁₈]^- излучает свет с длиной волны 675 нм (соответствует желтому цвету), а не характеризуется как большинство кластеров серебра коричневой или красной окраской, является следствием практически одинаковой кристаллической структуры обоих объектов.

Рисунок из J. Am. Chem. Soc., 2015, 137 (36), 11578

Исследования серебряного кластера методом РСА показали, что в кластере один атом серебра размещен в центре икосаэдра, 12 атомов серебра образуют вершины этого икосаэдра и оставшаяся дюжина атомов серебра располагается на гранях правильного многогранника. Такое расположение атомов металла практически совпадает с расположением атомов золота в кластере [Au₂₅(SPhMe₂)₁₈]^-, за исключением некоторых незначительных особенностей ориентации трех лежащих на гранях атомов серебра, которые не вносят значительного искажения в форму фигуры Ag₂₅, давая лишь небольшое отличие от Au₂₅.

Возникает резонный вопрос – если атомы золота и серебра все же значительно различаются своим электронным строением (как, впрочем, и «объемные» формы серебра и золота), почему это различие исчезает на наноуровне. Бакр считает, что причиной наблюдаемых явлений может быть то обстоятельство, что нанокластеры ведут себя как «суператомы» - валентные электроны отдельных атомов металла перемещаются вокруг металлоостова так, как будто бы весь агрегат М₂₅ представляет собой единый гигантский атом. Такие «кластерные» или «суператомные» орбитали для кластеров золота и серебра очень похожи, причиной же этой схожести является схожесть валентных электронных слоев золота и серебра.

Исследователи надеются, что результаты их работы помогут в большей степени понять фундаментальное различие золота и серебра. Одно из таких различий заключается в том, что, хотя оба металла относятся к благородным и монетарным, золото относительно биосовместимо и изучается в рамках биомедицинских приложений, в то время как серебро отличается значительной цитотоксичностью и в плане медицины применяется для создания противомикробных поверхностей. Разгадать же причину такого разного поведения по отношению к живым клеткам можно только сравнивая свойства этих элементов везде, где это возможно.

Источник: J. Am. Chem. Soc., 2015, 137 (36), 11578; DOI: 10.1021/jacs.5b07088

метки статьи: #нанотехнологии, #неорганическая химия, #природа химической связи, #химия твердого тела