Инженеры создали лист золота толщиной всего один атом

Ученые создали самый тонкий в мире золотой лист толщиной всего в один атом. По словам исследователей, новый материал, получивший название "goldene", может использоваться в преобразовании углекислого газа и производстве водорода. Подробности работы изложены в журнале Nature Synthesis.

Исследователей давно интересуют двумерные материалы из-за их необычных оптических, электронных и каталитических свойств. Чрезвычайно большая площадь поверхности этих веществ по отношению к их объему означает, что они ведут себя совсем иначе, чем химически идентичные объемные твердые вещества.

Однако большинство этих материалов получают из неметаллов или смешанных соединений, и создание одноатомных листов из чистых металлов намного сложнее.

"Металлы не любят одиночества, - говорит Майкл Юнг, химик твердого тела из Университета Олбани. - Поскольку связи в металлах делокализованы, они легко соединяются друг с другом и агломерируются. Подготовка одного слоя - настоящий подвиг, потому что вы боретесь с желанием металла сцепляться не только с самим собой, но и с другими листами".

Предыдущие попытки проваливались из-за этой проблемы. Несколько команд смогли создать единый слой атомов золота, встроенных в твердую основу, такую как карбид кремния с графеновым покрытием - что-то вроде структуры "сэндвич", используя графен в качестве хлеба, а золото - в качестве мяса.

Но извлечение золота из этих сложных слоистых твердых тел оказалось проблематичным, поскольку атомы золота коагулировали в наночастицы, как только подложка была удалена.

Шун Кашивайя, доцент кафедры физики, химии и биологии Линчепингского университета в Швеции, и его коллеги перевернули этот подход с ног на голову, впервые успешно выделив золотые листы.

Они начали с создания слоистой структуры из титана, кремния и углерода, которую затем покрыли поверхностным слоем золота. За 12 часов частицы золота проникли в материал, заменив слой кремния золотом и создав золотой лист, внедренный в твердое тело. Однако, вместо того, чтобы пытаться удалить слой золота, команда тщательно вытравила все окружающее твердое вещество, оставив золотой лист нетронутым.

Чтобы усовершенствовать метод, команда экспериментировала с различными условиями реакции и концентрациями раствора для травления. Оказалось, добавление цистеина в качестве поверхностно-активного вещества, или химического вещества, которое снижает поверхностное натяжение жидкости, стабилизировало изолированные листы и предотвратило кластеризацию атомов золота и их объединение в наночастицы.

Полученные листы goldene имели длину до 100 нанометров. Это в сотни раз тоньше обычного листа золота.

Благодаря повышенной химической реакционной способности goldene, он может найти важное применение в реакциях по превращению углекислого газа в топливо, такое как этанол и метан, и воды в водород. В настоящее время команда работает над усовершенствованием метода синтеза.