Los investigadores de A * STAR han ideado una forma de desestabilizar los nanoclusters de oro para que formen pequeños núcleos atómicos que luego crezcan juntos en proporciones perfectas, Cristales dodecaedro de 12 caras. Estos poliedros únicos tienen superficies ricas en energía que pueden aumentar la eficiencia catalítica de reacciones químicas importantes y servir como sitios potenciales de adsorción para dispositivos sensores específicos.

Típicamente, Los nanoclusters de oro se preparan reduciendo químicamente un precursor de oro y azufre en presencia de un agente estabilizador orgánico. Este procedimiento crea un núcleo simétrico de átomos de oro protegido por una capa delgada de grupos superficiales conocidos como tiolatos. Los investigadores han desarrollado muchas técnicas para variar el tamaño de los nanoclusters para ajustar sus propiedades químicas y físicas. Pero desestabilizar los enlaces tiolato de oro para permitir transformaciones adicionales en cristales poliédricos ha resultado más desafiante.

Para abordar este problema, un equipo interdisciplinario dirigido por Yong-Wei Zhang del Instituto de Computación de Alto Rendimiento y Ming-Yong Han del Instituto de Investigación e Ingeniería de Materiales en A * STAR en Singapur investigó estrategias para desestabilizar los racimos de oro oxidando los tiolatos que protegen la superficie. Mientras promete, este enfoque tiene sus riesgos:los intentos anteriores de utilizar agentes desestabilizadores del ozono produjeron una agregación incontrolada de átomos de oro en precipitados macroscópicos.

Los investigadores examinaron si cambiar a un agente desestabilizador de peróxido de hidrógeno más suave daría resultados más favorables. Primero sintetizaron una solución de grupos de oro de 25 átomos estabilizados por capas externas de albúmina de suero bovino (BSA). Cuando se añadió peróxido de hidrógeno a la mezcla, Los instrumentos de espectrometría de masas del equipo mostraron que los enlaces covalentes de oro y azufre se rompían lentamente.

Esta desestabilización basada en peróxido inicialmente produjo grupos de oro de 11 átomos más pequeños. Pero después de permanecer sentado durante casi una semana a temperatura ambiente, estos grupos se transformaron en notables formas de dodecaedro (ver imagen).

La microscopía electrónica de barrido de alta resolución reveló que cada faceta del dodecaedro tenía orientaciones cristalográficas idénticas, una rara distribución de átomos de oro conocida como faceta [110]. Los cálculos de la teoría funcional de la densidad iniciados por el coautor Guijian Guan mostraron que estas estructuras inusuales surgen cuando los aminoácidos liberados de BSA durante la reacción de desestabilización se adhieren a las nanopartículas y promueven el crecimiento en todas las direcciones del cristal excepto en la orientación [110].

Guan explica que debido a que [110] las facetas tienen las energías superficiales más altas entre las facetas de oro estándar, presentan fuertes fuerzas atractivas para las moléculas entrantes, un fenómeno que mejora la capacidad catalítica debido a una mayor afinidad de unión a las moléculas diana. "Por ejemplo, observamos una mejora de cuatro veces en la capacidad catalítica de nuestro dodecaedro en comparación con las nanopartículas de oro durante la reducción de 4-nitrofenol a 4-aminofenol, ", señala.