Weniger als ein Nanometer dickes Gold

Forscher erzeugen das dünnste Gold der Welt

Wissenschaftler der University of Leeds haben eine neue Form von Gold entwickelt, die nur zwei Atome dick ist – das dünnste freitragende Gold, das je erzeugt wurde. Die Forscher maßen die Dicke des Goldes auf 0,47 Nanometer – eine Million mal dünner als ein menschlicher Fingernagel. Das Material wird laut Advanced Science News als 2D betrachtet, da es nur aus zwei Schichten von Atomen besteht, die übereinander liegen. Alle Atome sind Oberflächenatome, es gibt keine “Massenatome”, die unter der Oberfläche versteckt sind.

Es könnte in der Medizinprodukte- und Elektronikindustrie sowie als Katalysator zur Beschleunigung chemischer Reaktionen in einer Reihe von industriellen Prozessen breite Anwendung finden. Labortests zeigen, dass das ultradünne Gold als katalytisches Substrat 10-mal effizienter ist als die größeren Goldnanopartikel, die derzeit in der Industrie verwendet werden.

Richtungsweisende Leistung

Die Wissenschaftler glauben, dass das neue Material auch die Grundlage für künstliche Enzyme bilden könnte, die möglicherweise in schnellen medizinischen Diagnosetests am Behandlungsort und in Wasserreinigungssystemen eingesetzt werden. Die Hauptautorin des Advances Science-Artikels, Sunjie Ye, von Leeds’ Molecular and Nanoscale Physics Group und dem Leeds Institute of Medical Research, sagte: “Diese Arbeit ist eine bahnbrechende Leistung. “Sie eröffnet nicht nur die Möglichkeit, dass Gold in bestehenden Technologien effizienter genutzt werden kann, es bietet auch einen Weg, der es Materialwissenschaftlern ermöglichen würde, andere 2D-Metalle zu entwickeln. Die Methode könnte die Herstellung von Nanomaterialien innovativ gestalten.”

Professor Stephen Evans leitet die Molecular and Nanoscale Research Group der Leeds und hat die Forschung überwacht. Er sagte, dass die erheblichen Vorteile, die durch die Verwendung ultradünner Goldbleche erzielt werden könnten, auf ihr hohes Verhältnis von Oberfläche zu Volumen zurückzuführen seien. “Gold ist ein hochwirksamer Katalysator. Da die Nanoblätter so dünn sind, spielt fast jedes Goldatom eine Rolle bei der Katalyse. Das bedeutet, dass der Prozess sehr effizient ist. “Unsere Daten deuten darauf hin, dass die Industrie den gleichen Effekt durch den Einsatz einer geringeren Goldmenge erzielen könnte, was wirtschaftliche Vorteile hat, wenn es sich um ein Edelmetall handelt.” Die Flocken sind zudem flexibel, so dass sie die Grundlage für elektronische Komponenten für biegsame Bildschirme, elektronische Farben und transparente Leiterbildschirme bilden könnten.

Sunjie Ye und Prof. Stephen Evans nutzten die Röntgen-Photoelektronen-Spektroskopie, um die Reinheit der neuen Goldform zu bestätigen. Professor Evans glaubt, dass es zwangsläufig Vergleiche zwischen dem 2D-Gold und dem ersten jemals erstellten 2D-Material geben wird – Graphen, das 2004 an der University of Manchester hergestellt wurde – Bild © leeds.ac.uk

Er sagt: “Die Synthese des Goldnanoblattes erfolgt in einer wässrigen Lösung und beginnt mit Chloressigsäure, einer anorganischen goldhaltigen Substanz. Es wird in Gegenwart eines ‘Einschließungsmittels’ auf seine metallische Form reduziert – eine Chemikalie, die das Gold dazu anregt, sich als nur zwei Atome dickes Blech zu bilden. Aufgrund der nanoskaligen Dimensionen des Goldes erscheint es im Wasser grün und wird aufgrund seiner frontseitigen Form als goldener ‘Nanoseaweed’ (Seetang) bezeichnet. Bilder, die von einem Elektronenmikroskop aufgenommen wurden, zeigen, wie sich die Goldatome zu einer hochorganisierten Gitterstruktur geformt haben.”

Professor Stephen Evans leitet die Molecular and Nanoscale Research Group der Universität von Leeds und hat die Forschung überwacht. Er sagte, dass die erheblichen Vorteile, die durch die Verwendung ultradünner Goldbleche erzielt werden könnten, auf ihr hohes Verhältnis von Oberfläche zu Volumen zurückzuführen seien: “Gold ist ein hochwirksamer Katalysator. Da die Nanoblätter so dünn sind, spielt fast jedes Goldatom eine Rolle bei der Katalyse. Das bedeutet, dass der Prozess sehr effizient ist. Unsere Daten deuten darauf hin, dass die Industrie den gleichen Effekt durch den Einsatz einer geringeren Goldmenge erzielen könnte, was wirtschaftliche Vorteile hat, wenn es sich um ein Edelmetall handelt.” Die Flocken sind zudem flexibel, so dass sie die Grundlage für elektronische Komponenten für biegsame Bildschirme, elektronische Farben und transparente Leiterbildschirme bilden könnten.

“Ich denke, mit 2D-Gold haben wir einige sehr konkrete Vorstellungen, wo es eingesetzt werden könnte, insbesondere bei katalytischen Reaktionen und enzymatischen Reaktionen. Wir wissen, dass es effektiver sein wird als bestehende Technologien – deshalb haben wir etwas, von dem wir glauben, dass die Menschen daran interessiert sein werden, mit uns zu entwickeln.”

Die Universität Leeds ist für ihre Forschung in den Materialwissenschaften anerkannt. Sie betreibt das Bragg Centre, in dem Wissenschaftler aus verschiedenen Disziplinen zusammenarbeiten. Das Zentrum hat Zugang zu einigen der besten Einrichtungen der Welt.

Folgt: Abstrakt aus Advanced Science – Nanoblätter als hocheffiziente Katalysatoren