Alterar un solo átomo en un nanocluster de plata cambia considerablemente sus propiedades, creando una gran oportunidad para diseñar estos grupos.
La aparición de metales, como su superficie brillante o su conductividad eléctrica, está determinada por el conjunto de átomos que componen el metal. La situación difiere a escala molecular, e investigadores de la Universidad de Ciencia y Tecnología King Abdullah (KAUST), Arabia Saudita, han demostrado que reemplazar un solo átomo en un grupo de 25 átomos de plata con un átomo de oro cambia fundamentalmente sus propiedades.
Los nanoclusters de átomos de metal están hechos de un núcleo de unos pocos átomos de metal rodeados por una capa protectora de ligandos estabilizadores. Los nanoclusters vienen en diferentes tamaños, pero cada variación estable de nanoclusters tiene exactamente el mismo número de átomos de metal. Esto conduce a propiedades muy controlables, señaló Osman Bakr, Profesor asociado de ciencia e ingeniería de materiales de KAUST y líder del equipo de investigación.
"Los nanoclusters tienen arreglos únicos de átomos y absorción dependiente del tamaño, fluorescencia, propiedades electrónicas y catalíticas, " él dijo.
Un nanocluster de metal popular es [Ag 25 (SR) 18 ] -, que consta de 25 átomos de plata. Este nanocluster es único, ya que corresponde a un nanocluster de oro que tiene exactamente el mismo número de átomos. Ambos grupos tienen propiedades diferentes debido a los diferentes metales utilizados. Para comprender cómo afecta exactamente la composición atómica a estas propiedades, los investigadores reemplazaron un solo átomo de plata con oro.
Reemplazar un solo átomo en un nanocluster es una tarea difícil. Se pueden utilizar métodos químicos directos, pero estos dan poco control sobre cuántos átomos se reemplazan, lo que dificulta la atribución de propiedades particulares a la estructura del nanocluster.
En lugar de, los investigadores utilizaron un proceso de reemplazo galvánico que se basa en la diferencia en el potencial electroquímico entre los átomos entrantes y salientes para inducir reemplazos atómicos. Para su sorpresa, el proceso produjo un intercambio atómico confiable y preciso en el que solo el átomo de plata central es reemplazado por oro.
El reemplazo produjo cambios dramáticos en el nanocluster. Una solución de los nanoclusters de plata aparece naranja, mientras que después de la sustitución del átomo central el color se vuelve verde oscuro.
Esto indica cambios más fundamentales en las propiedades, Dijo Bakr. "La estabilidad ambiental y la fluorescencia del nanocluster se mejoraron en un factor de 25 como resultado de este reemplazo de un solo átomo. Además, ahora podemos demostrar la importancia de una impureza de un solo átomo en las nanopartículas y modular las propiedades a nivel de un solo átomo, " El lo notó.
El reemplazo confiable de un solo átomo de oro abre la puerta a una investigación más sistemática de los nanoclusters metálicos, lo que puede ayudar a descubrir los mecanismos de los cambios químicos y físicos derivados del reemplazo.
