Рубрики Занявшись «наноалхимией», исследователи смогли синтезировать нанокластер серебра, который практически идентичен нанокластеру золота. Речь идет не только о том, что цвет нового серебряного кластера ярко-желтый, как у золотого кластера, но и о том, что химическое строение и свойства нового нанообъекта очень сильно напоминают свойства кластеров из золота. Результаты работы демонстрируют, что, несмотря на различие между двумя металлами, существует возможность создания наночастиц из серебра, выглядящих и ведущих себя как наночастицы из золота, и, вполне возможно, в обозримом будущем удастся найти и другие пары элементов, способные заменить друг друга на наноуровне.
Как говорит один из авторов исследования Осман Бакр (Osman Bakr), результаты работы чем-то похожи на алхимию, но исследователи все же называют их «наноалхимией».
Он признается, что после регистрации первого оптического спектра нового серебряного нанокластера первая мысль его и его коллег была о том, что по какой-то причине вместо исходных серебросодержащих реагентов были взяты золотосодержащие, в результате чего был получен не серебряный, а золотой нанокластер.
Однако неоднократное воспроизведение синтеза и многочисленные спектральные исследования доказали, что никакой путаницы не было, просто новый серебряный нанокластер действительно напоминает золотую наносистему по всем параметрам.
Цвет синтезированного объекта и его оптический спектр практически не отличались от цвета и спектра золотого нанокластера, но самое большое удивление, пожалуй, вызывала схожесть результатов изучения и золотого, и серебряного кластера методом РСА.
Конечно, «нанотрансмутация» не превратила серебро в золото на атомном уровне – 47 протонов в ядре серебра не превратились в 79 протонов золота. Речь идет о том, что лигандно стабилизированный металлический кластер серебра [Ag25(SPhMe2)18]- демонстрировал удивительную схожесть с полученным ранее кластером [Au25(SPhMe2)18]-. Помимо одинакового состава оба кластера демонстрируют и одинаковое расположение атомов металла и лигандов, а также одинаковую электронную конфигурацию.
Собственно говоря, тот факт, что
новый серебряный кластер аналогично системе [Au25(SPhMe2)18]- излучает свет с длиной волны 675 нм (соответствует желтому цвету), а не характеризуется как большинство кластеров серебра коричневой или красной окраской, является следствием практически одинаковой кристаллической структуры обоих объектов.
Исследования серебряного кластера методом РСА показали, что в кластере один атом серебра размещен в центре икосаэдра, 12 атомов серебра образуют вершины этого икосаэдра и оставшаяся дюжина атомов серебра располагается на гранях правильного многогранника.
Такое расположение атомов металла практически совпадает с расположением атомов золота в кластере [Au25(SPhMe2)18]-, за исключением некоторых незначительных особенностей ориентации трех лежащих на гранях атомов серебра, которые не вносят значительного искажения в форму фигуры Ag25, давая лишь небольшое отличие от Au25.
Возникает резонный вопрос – если атомы золота и серебра все же значительно различаются своим электронным строением (как, впрочем, и «объемные» формы серебра и золота), почему это различие исчезает на наноуровне.
Бакр считает, что
причиной наблюдаемых явлений может быть то обстоятельство, что нанокластеры ведут себя как «суператомы» – валентные электроны отдельных атомов металла перемещаются вокруг металлоостова так, как будто бы весь агрегат М25 представляет собой единый гигантский атом. Такие «кластерные» или «суператомные» орбитали для кластеров золота и серебра очень похожи, причиной же этой схожести является схожесть валентных электронных слоев золота и серебра.
Исследователи надеются, что результаты их работы помогут в большей степени понять фундаментальное различие золота и серебра.
Одно из таких различий заключается в том, что, хотя оба металла относятся к благородным и монетарным, золото относительно биосовместимо и изучается в рамках биомедицинских приложений, в то время как серебро отличается значительной цитотоксичностью и в плане медицины применяется для создания противомикробных поверхностей.
Разгадать же причину такого разного поведения по отношению к живым клеткам можно только сравнивая свойства этих элементов везде, где это возможно.
Источник: J. Am. Chem. Soc., 2015, 137 (36), 11578; DOI: 10.1021/jacs.5b07088.