CIENCIA. Sintetizan el 'Goldene': láminas de oro útiles como catalizadores o en dispositivos sensores de luz

'Goldene': láminas de oro útiles como catalizadores o en dispositivos sensores de luz

 

Los investigadores han sintetizado láminas de oro de un átomo de espesor. Fuente: imagínima/Getty

18 abril 2024.- Es la hoja de oro más delgada del mundo: una fina lámina de oro de sólo un átomo de espesor. Los investigadores han sintetizado el material largamente buscado, conocido como goldene, que se espera que capture la luz de maneras que podrían ser útiles en aplicaciones como la detección y la catálisis.

Goldene es un primo dorado del grafeno , el icónico material delgado de un átomo hecho de carbono que fue descubierto en 2004. Desde entonces, los científicos han identificado cientos más de estos materiales 2D . Pero ha sido particularmente difícil producir láminas de metales bidimensionales, porque sus átomos siempre han tendido a agruparse para formar nanopartículas.

Los investigadores han informado anteriormente sobre capas de estaño 2 y plomo 3 de un solo átomo de espesor adheridas a diversas sustancias, y han producido láminas de oro intercaladas entre otros materiales. Pero "hasta donde sabemos, el goldene es el primer metal 2D independiente", dice el científico de materiales Lars Hultman de la Universidad de Linköping en Suecia, que forma parte del equipo detrás de la nueva investigación. 

Fundamentalmente, el método químico simple utilizado para hacer goldene debería ser susceptible de producción a mayor escala, informaron los investigadores en Nature Synthesis el 16 de abril Los científicos llevaban bastante tiempo pensando en cómo tomar metales tradicionales y convertirlos en monocapas 2D realmente bien ordenadas.

En 2022, investigadores de la Universidad de Nueva York en Abu Dhabi (NYUAD) dijeron que habían producido goldene, pero el equipo de Linköping sostiene que el material anterior probablemente contenía múltiples capas atómicas, basándose en las imágenes de microscopía electrónica y otros datos publicados en Interfaces y materiales aplicados de ACS 4 . Reich está de acuerdo en que el estudio de 2022 no logró demostrar que el material fuera goldene de una sola capa. 

Edad de oro

Para preparar el goldene, los investigadores de Linköping comenzaron con un material que contenía monocapas atómicas de silicio intercaladas entre carburo de titanio. Cuando agregaron oro encima de este sándwich, se difundió en la estructura e intercambió lugares con el silicio para crear una capa de oro atrapada del espesor de un átomo (ver gráfico adjunto). 

Luego grabaron el carburo de titanio para liberar láminas doradas independientes que tenían hasta 100 nanómetros de ancho y aproximadamente 400 veces más delgadas que la hoja de oro comercial más delgada.

MINERÍA DE ORO. El gráfico muestra el método que utilizaron los investigadores para crear goldene: una sola capa de átomos de oro interconectados.

Fuente: Adaptado de Ref. 1.

Ese proceso de grabado utilizó una solución de ferricianuro de potasio alcalino conocida como reactivo de Murukami. Lo fascinante es que se trata de una receta de hace 100 años utilizada por los herreros japoneses para decorar piezas de hierro. Los investigadores también agregaron moléculas tensioactivas (compuestos que formaban una barrera protectora entre el goldene y el líquido circundante) para evitar que las láminas se pegaran entre sí.

El equipo de Linköping sugiere que el goldene podría resultar útil en aplicaciones en las que las nanopartículas de oro ya son prometedoras. La luz puede generar ondas en el mar de electrones en la superficie de una nanopartícula de oro, que puede canalizar y concentrar esa energía. Esta fuerte respuesta a la luz se ha aprovechado en fotocatalizadores de oro para dividir el agua y producir hidrógeno, por ejemplo, pero primero es necesario investigar sus propiedades con más detalle.

La principal preocupación actual es la posible contaminación con hierro que causaría algunos problemas en las aplicaciones.

Por ahora, los investigadores de Linköping están buscando mejores formas de tamizar el goldene de la solución utilizada para fabricarlo y de cultivar escamas más grandes del material. También están explorando si su método puede usarse para fabricar monocapas de otros metales catalíticos, incluidos iridio, platino y paladio.

Fuente: Nature

Referencias

  1. 1. Kashiwaya, S. et al. Nature Synth. https://doi.org/10.1038/s44160-024-00518-4 (2024). Artículo  

  2. 2. Zhu, F. et al. Nature Mater. 14, 1020–1025 (2015). Artículo 

  3. 3. Yuhara, J., He, B., Matsunami, N., Nakatake, N. & Le Lay, G. Adv. Mater. 31, 1901017 (2019). Artículo 

  4. 4. Sharma, S. K., Pasricha, R., Weston, J., Blanton, T. & Jagannathan, R. ACS Appl. Mater. Interfaces 14, 54992–55003 (2022). Artículo

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