El nanocluster de plata "dorado" con 25 átomos de plata y 18 moléculas de ligando, (izquierda) sin contraión y (derecha) con contraión. Las estructuras muestran átomos de plata en los vértices del icosaedro (verde), átomos de plata en las caras del icosaedro (violeta), átomos de azufre (amarillo), átomos de carbono (gris), y átomos de fósforo (rojo). Crédito:Osman Bakr, KAUST
(Phys.org) - En un acto de "nano-alquimia, "Los científicos han sintetizado un nanocluster de plata (Ag) que es prácticamente idéntico a un nanocluster de oro (Au). En el exterior, el nanocluster plateado tiene un color amarillo dorado, y por dentro, su estructura química y sus propiedades también se asemejan mucho a las de su homólogo de oro. El trabajo muestra que puede ser posible crear nanopartículas de plata que se vean y se comporten como el oro a pesar de las diferencias subyacentes entre los dos elementos. y podría llevar a crear análogos similares entre otros pares de elementos.
Los investigadores, dirigido por Osman Bakr, Profesor Asociado de Ciencia e Ingeniería de Materiales en la Universidad de Ciencia y Tecnología King Abdullah (KAUST) en Arabia Saudita, han publicado el artículo en un número reciente de la Revista de la Sociedad Química Estadounidense .
"En algunos aspectos, esto es muy similar a la alquimia, pero lo llamamos 'nano-alquimia, '", Dijo Bakr Phys.org . "Cuando encontramos por primera vez el espectro óptico del nanocluster de plata, pensamos que podríamos haber cambiado inadvertidamente los reactivos químicos de plata por oro, y terminó con nanopartículas de oro en su lugar. Pero la síntesis y las mediciones repetidas demostraron que los grupos eran de hecho plata y, sin embargo, muestran propiedades similares al oro. Fue realmente sorprendente para nosotros como científicos encontrar no solo similitudes en el color y las propiedades ópticas, sino también la estructura de rayos X ".
Como todos los elementos químicos, la plata y el oro se definen por su número de protones:la plata tiene 47, y el oro tiene 79. El trabajo aquí no cambia el número de protones en un átomo de plata; de lo contrario, ya no se consideraría plata. En lugar de, los investigadores sintetizaron un nanocluster de 25 átomos de plata, junto con otras 18 moléculas llamadas "ligandos" que rodean a los átomos de plata. Todo el cargado negativamente, El ion complejo a base de plata tiene la fórmula química [Ag 25 (SPhMe 2 ) 18 ] - .
Aunque se han sintetizado algunos otros nanoclusters de plata en los últimos años, este es el primer nanocluster de plata que tiene un análogo coincidente en oro:[Au 25 (SPhMe 2 ) 18 ] - se ha informado anteriormente. Además de ambos nanoclusters que tienen 25 átomos de metal y 18 ligandos, también ambos tienen todos sus átomos y electrones dispuestos casi exactamente de la misma manera.
En su estudio, Los investigadores realizaron pruebas que demostraron que los nanoclusters de plata y oro tienen propiedades ópticas muy similares. Típicamente, los nanoclusters de plata son de color marrón o rojo, pero este se parece al oro porque emite luz en casi la misma longitud de onda (alrededor de 675 nm) que el oro. El color dorado se puede explicar por el hecho de que ambos nanoclusters tienen estructuras cristalinas prácticamente idénticas.
(Izquierda) Propiedades ópticas de los nanoclusters de plata y oro, con el recuadro que muestra fotografías del color real de los nanoclusters sintetizados. El gráfico muestra los espectros de absorción (líneas continuas) y emisión normalizada (líneas de puntos). (Derecha) Varias representaciones de la estructura de rayos X del nanocluster de plata. Crédito:Joshi, et al. © 2015 Sociedad Química Estadounidense
Los científicos investigaron la estructura cristalina del nanocluster de plata mediante difracción de rayos X, en el que un haz de rayos X incide en la estructura cristalizada y se refleja en varios ángulos para crear un patrón de difracción en un detector. Esta técnica reveló que el nanocluster de plata tiene un átomo de plata en el centro de una forma de estrella de 12 puntas llamada icosaedro. Mientras que 12 de los otros átomos de plata forman los 12 puntos, los 12 átomos de plata restantes ocupan algunas de las caras. Esta disposición es casi exactamente como la del nanocluster de oro, excepto que tres de los átomos en las caras del nanocluster de plata se giran en una dirección diferente. Por lo que los científicos pueden decir, la orientación de estos tres átomos es la única diferencia estructural notable entre los nanoclusters de plata y oro, y provoca una ligera distorsión en los nanoclusters de plata.
La pregunta surge naturalmente:¿por qué estos nanoclusters de plata y oro son tan similares? cuando los átomos individuales de plata y oro son muy diferentes, en términos de sus propiedades ópticas y estructurales? Como explicó Bakr, la respuesta puede tener que ver con el hecho de que, aunque de mayor tamaño, los nanoclusters se comportan como "superátomos" en el sentido de que sus electrones orbitan todo el nanocluster como si fuera un solo átomo gigante. Estos orbitales superatómicos en los nanoclusters de plata y oro son muy similares, y, en general, La configuración electrónica de un átomo contribuye significativamente a sus propiedades.
"La escala de tamaño de las nanopartículas se encuentra entre los átomos / moléculas y el material a granel, donde no se observa la regla absoluta de la física cuántica ni clásica, "Bakr explicó." Sin embargo, la nanopartícula de Ag que sintetizamos era tan pequeña que en realidad se comportaba como un átomo, es decir., un superátomo. Dado que el marco estructural de Ag 25 es casi idéntico a Au 25 , que hace arreglos atómicos similares en el espacio 3D, Esta disposición atómica especial permite la hibridación de orbitales atómicos de Ag y orbitales de ligandos (las moléculas orgánicas que rodean el metal) en Ag 25 para producir orbitales superatómicos que son muy similares al conocido Au 25 sistema. Esta podría ser la razón principal de las similitudes observadas entre los grupos Ag y Au, lo que puede no ser posible lograr con átomos individuales o materiales a granel ".
Si bien los resultados aquí muestran que la plata puede adquirir las propiedades del oro, lo contrario también puede ser posible, con el oro sintetizado para verse y comportarse como la plata.
"Si la plata puede adquirir propiedades del oro, no hay ninguna razón obvia por la que no sea posible lo contrario, "Dijo Bakr.
Esta dualidad, en el que un tipo de átomo adquiere las propiedades de otro, tiene el potencial de ofrecer habilidades sin precedentes en la investigación en nanociencia, y es un área que los científicos planean investigar más en el futuro.
Los investigadores también esperan que los resultados conduzcan a una mejor comprensión de las diferencias fundamentales entre el oro y la plata. Por ejemplo, aunque ambos materiales son metales brillantes, el oro es relativamente biocompatible y se está investigando para biomedicina, mientras que la plata es citotóxica y se utiliza en revestimientos superficiales antibacterianos. Preguntas como estas pueden responderse difuminando las líneas entre los elementos tal como los conocemos.
"Nuestro plan futuro es sintetizar otros tamaños de grupos de oro y otros análogos metálicos de nanopartículas de oro para explorar si estos grupos seguirían mostrando el comportamiento del oro o no". ", Dijo Bakr." Nuestro objetivo es encontrar sustitutos más baratos para el oro en aplicaciones donde se requieren nanopartículas de oro ".
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