Figur:Övre raden:(a) topp- och (b) sidovy av 136-atoms silvernanokluster. Nedre raden:(c) topp- och (d) sidovy av 374-atoms silvernanokluster. Metallkärnorna i dessa kluster har en diameter på 2 och 3 nm, respektive. Silveratomer i metallkärnan betecknas med stor orange sfär. Kärnan skyddas av ett silvertiolskikt (grönt:silver; gult:svavel; kol:grått). Kredit:med tillstånd av Nanfeng Zheng, Xiamens universitet
Ett brett internationellt samarbete som involverar forskare från fyra länder – Kina, Australien, Tyskland och Finland – har lyckats syntetisera och karakterisera två tidigare okända, rekordstora silvernanokluster med 136 och 374 silveratomer. Dessa diamantformade nanokluster (se bild), bestående av en silverkärna på 2 till 3 nanometer och ett skyddande lager av silveratomer och organiska tiolmolekyler, är de största vars struktur nu är känd med atomär precision. Forskningen publicerades i Naturkommunikation den 9 september 2016.
Nanoklustren syntetiserades vid Xiamen University i Kina och karakteriserades av röntgenkristallografi och elektronmikroskopi i Kina, Australien och Tyskland. Deras elektroniska struktur och optiska egenskaper studerades beräkningsmässigt i Nanoscience Center (NSC) vid Jyväskylä universitet i Finland.
Guld nanokluster som stabiliseras av ett tiolmolekylärt lager har varit kända i årtionden, men bara under de senaste åren har silverkluster tilldragit sig mer intresse i forskarvärlden. Silver är ett önskvärt material för nanoklustersyntes eftersom det är en billigare metall än guld och dess optiska egenskaper är bättre kontrollerbara för tillämpningar. Dock, syntesrecept som skulle producera silverkluster som är stabila under långa tider är inte så allmänt kända som för guld.
"Dessa största atomärt exakta silvernanokluster som är kända hittills fungerar som utmärkta modellsystem för att förstå hur silvernanopartiklar växer, "säger professor Nanfeng Zheng vars forskargrupp förberett klustren vid Xiamen-universitetet i Kina." Metalkärnans inre struktur är en kombination av små kristalliter av silver som sammanfogas för att bilda en femfaldig symmetrisk diamantformad struktur. "
"Ur en teoretisk synvinkel är dessa nya kluster mycket intressanta, " säger akademiprofessor Hannu Häkkinen från NSC i Jyväskylä. "Dessa kluster är redan tillräckligt stora för att de har egenskaper som liknar silvermetall, såsom stark absorption av ljus som leder till kollektiva svängningar av elektronmolnet som kallas plasmoner, men tillräckligt liten för att vi kan studera deras elektroniska struktur i detalj. Till vår stora förvåning, beräkningarna visade att elektroner i det organiska molekylskiktet deltar aktivt i silverelektronernas kollektiva svängning. Det verkar möjligt att sedan aktivera dessa kluster med ljus för att göra kemi vid ligandytan."
