Forskare har syntetiserat en liten struktur från 32 guldatomer. Detta nanokluster har en kärna av 12 guldatomer omgiven av ett skal med ytterligare 20 guldatomer. Som forskarna rapporterar i tidskriften Angewandte Chemie , den ovanliga stabiliteten hos detta kluster är resultatet av elektroniska interaktioner med amido- och fosfinligander bundna till dess yta.

Aggregat av några metallatomer, kända som kluster, används alltmer i katalys, biovetenskap, och nanoteknik. Sedan upptäckten av en pyramidformad struktur med 20 guldatomer, "gyllene burar" har blivit en ny klass av kluster med ovanliga strukturella egenskaper. Det förutspåddes att ett kluster med 32 guldatomer skulle vara mycket stabilt och strukturellt skulle likna C60 fulleren. C60 är en ihålig sfär gjord av 60 kolatomer arrangerade i en struktur av 5- och 6-ledade ringar, precis som aspekterna av en traditionell fotboll. "Gyllene fullerener" förutspås ha ett brett spektrum av potentiella användningsområden, inklusive som transportörer, molekylära etiketter, och katalysatorer.

Ett team ledd av Jun Li och Quan-Ming Wang (Tsinghua University, Peking, Kina) har nu uppnått en syntes av ett nanokluster gjord av 32 guldatomer i lösning. Syntesen innebar en direkt minskning av guldhaltiga prekursorer. Formeln för föreningen är [Au ₃₂ (Ph ₃ P) ₈ (dpa) ₆ ] ⁺ [SbF ₆ ⁻ ] ₂ (där dpa =2, 2'-bipyridylamido ligand och Ph ₃ P =trifenylfosfinligand). Strukturen består av ett arrangemang av 12 guldatomer i en bur med 20 guldatomer – beskrivna som Au12@Au20 – som skyddas av åtta Ph ₃ P- och sex dpa-ligander bundna till ytan. Med en kombination av analytiska metoder och datorberäkningar, forskarna kunde helt bestämma strukturen:dess geometri, dess kemiska bindningsförhållanden, och dess elektroniska struktur.

Den "gyllene kärnan" i den nya klusterföreningen är en ihålig ikosaeder (en form med 20 triangulära ytor) gjord av 12 guldatomer omgiven av ett "skal" av 20 guldatomer i form av en dodekaeder (en form med 12 femkantiga ytor). ). Bindningarna mellan skalet och kärnan är mycket starka. De åtta Ph ₃ P-ligander är bundna till åtta guldatomer i skalet, bildar hörnen på en kub. dpa-liganderna är arrangerade så att deras mittpunkter bildar hörnen på en oktaeder. De är inte bundna genom sina amidogrupper, men istället genom de två kväveatomerna i deras två aromatiska ringar, som vardera överbryggar två guldatomer.

"De geometriska och elektroniska strukturerna hos guldklustret beror mycket starkt på interaktioner med liganderna, som bekräftats av våra kvantkemiska studier, ", konstaterar forskarna. "Särskilt dpa-liganderna säkerställer en effektiv stabilisering av guldnanoklustret. Vi förutser att ett rikt utbud av myntmetallnanokluster kan genereras med skydd av amidoligander."

Andreas Schnepf och medarbetare från universitetet i Tübingen (Tyskland), Howard University (Washington, D.C., USA), och University of Missouri, Kansas City (USA) rapporterade oberoende syntesen av ett kluster bestående av 32 guldatomer. Denna studie skickades till tidskriften Angewandte Chemie strax innan det kinesiska teamets arbete togs emot. Deras enkla syntesväg gav en förening med formeln Au ₃₂ (R ₃ P) ₁₂ Cl ₈ (där R =etyl, n-propyl, eller n-butylgrupp), även med en Au32-klusterkärna. I detta fall, åtta kloridjoner och tolv fosfinligander var och en utrustad med tre korta alkylkedjor (R3P) är bundna till ytan. Forskarna observerade att guld ikosaedern såväl som gulddodekaedern är något förvrängda. The distortion results from the electronic structure and the electrical field within the cluster core (Jahn-Teller effect) as quantum-chemical calculations showed. The length of the alkyl chains did not influence the structure of the cluster.