Forskare vid Institutionen för kemi och nanovetenskapscentrum vid Jyväskyläs universitet (Finland) har löst den strukturella, elektroniska och optiska egenskaper hos ett kiralt guld nanokluster som förblev ett mysterium i tio år.
Den teoretiska strukturen bekräftades genom jämförelse med experimentella resultat erhållna genom röntgendiffraktion från pulverprover av det rena klustermaterialet. Det teoretiska arbetet gjordes i samarbete med forskare vid Kansas State University och den experimentella delen vid Hokkaido University. Teamet stöds av Finlands Akademi och CSC - IT-centrum för vetenskap.
Syntesen av organotiolat-skyddade guldkluster på 1 till 3 nm i storlek har varit välkänd sedan mitten av 1990-talet, men den detaljerade atomstrukturen för de mest stabila klustren förblev ett mysterium tills helt nyligen. Under 2007, strukturen av det första klustret som innehöll 102 guldatomer löstes vid Stanford University med enkristallröntgenkristallografi. Det nu upplösta klustret har exakt 38 guldatomer och 24 organotiolatmolekyler som täcker dess yta och det är bara ungefär en nanometer (nanometer =en miljondels millimeter) i storlek. Formen på partikeln är prolat (cigarrliknande), och 15 ut om dess 38 guldatomer finns på det skyddande ytskiktet som är kemiskt bundet till tiolatmolekylerna. Guldtiolatskiktet har en kiral struktur, som är ansvarig för de observerade kirala egenskaperna. Den kirala strukturen har två strukturella former (enantiomerer), de så kallade högerhänta och vänsterhänta formerna, på ett sätt som kan jämföras med en vridning i en DNA-molekyl eller med en vridning i trappuppbyggnaden i ett flerfamiljshus.
Kiralitet är en mycket vanlig strukturell egenskap hos molekyler i naturen. Den kirala naturen hos guldkluster påverkar hur de reagerar på cirkulärt polariserat ljus. Denna effekt rapporterades först i experiment av professor Robert L. Whettens team vid Georgia Institute of Technology (Atlanta, USA) för exakt tio år sedan. "Vi observerade att särskilt 38-atomklustret (för vilket ingen strukturell information fanns tillgänglig) är mycket känsligt för polarisering av ljus, och den nu lösta strukturen förklarar slutligen våra observationer, " kommenterar professor Whetten. I framtiden, kirala guld nanokluster skulle kunna användas som biokompatibla, enantioselektiva sensorer, läkemedelsbärare eller katalysatorer.
