Goldenowa gorączka
Naukowcy zdobyli właśnie Święty Graal w dziedzinie materiałoznawstwa – trwałe arkusze złota grubości jednego atomu. Osiągnięcie to jest pierwszym tego rodzaju w przypadku atomów jakiegokolwiek metalu, które wydają się nie znosić płaskości i zazwyczaj dążą do skupiania się w kropelki lub cząsteczki.
Metoda, dzięki której otrzymano tę nową jednowarstwową postać metalu, nazwaną goldenem, może „poszerzyć zakres tego, co można zrobić z materiałami”, mówi Lars Hultman, materiałoznawca z Linköpings universitet w Szwecji i jeden z autorów pracy opublikowanej ostatnio w „Nature Synthesis” na temat tej techniki. Jak dodaje, złoto jest szczególnie interesujące pod tym względem, ponieważ jego nanocząsteczki są już wykorzystywane m.in. w elektronice, fotonice i biomedycynie. Naukowcy spodziewają się, że golden będzie wykazywał własny intrygujący zestaw właściwości, podobnie jak jednoatomowe arkusze węgla znane jako grafen.
Ten najnowszy przełom opiera się na wcześniejszych pracach, w których Hultman i jego współpracownicy osadzili atomy złota wewnątrz węglika tytanowo-krzemowego poprzez podgrzanie warstw tych materiałów do około 670oC, w czego wyniku atomy złota wyparły część atomów krzemu. „Dobrą wiadomością było to, że uzyskaliśmy warstwy złota grubości zaledwie jednego atomu – mówi Hultman. – A złą, że były one uwięzione wewnątrz macierzystego kryształu”.
Po wieloletnich poszukiwaniach metody usunięcia warstwy materiału zewnętrznego – zwanej eksfoliacją – przy zachowaniu w stanie nietkniętym zawartych w niej delikatnych arkuszy złota, Hultman i jego zespół podążyli obiecującym tropem, polegającym na wykorzystaniu odczynnika Murakami, roztworu stosowanego w liczącej setki lat technice wytrawiania m.in. japońskich mieczy. Jednakże pierwsze próby okazały się „kompletną porażką”, mówi Hultman. Rozpuszczeniu ulegały zarówno złoto, jak i materiał bazowy.
Główny autor pracy Shun Kashiwaya, materiałoznawca z Linköping, znalazł odpowiedź w innej „100-letniej mądrości” – niemieckim artykule z 1905 roku opisującym, że jeden ze składników odczynnika Murakami, żelazicyjanek potasu, aktywowany jest światłem, co nasuwało myśl, że kluczem może być przeprowadzenie reakcji bez dostępu światła. Po natrafieniu na tę istotną wskazówkę Kashiwaya stwierdził: „Natychmiast nabrałem nadziei, że eksfoliacja może okazać się efektywna w ciemności”.
I miał rację – zespołowi badawczemu udało się wytworzyć odrębne płatki goldenu o rozmiarach około jednej dziesiątej mikrona. Badacze potwierdzili również, że golden ma wyższą energię wiązania niż zwykłe złoto, co powinno zwiększać jego zdolność do katalizowania lub szybkiego inicjowania reakcji chemicznych. Naukowcy planują dalej badać właściwości goldenu i sposoby zastosowania wynalezionej przez siebie metody do innych metali.
Nowa praca „oferuje ekscytującą perspektywę otrzymywania metali w postaci dwuwymiarowej i zrozumienia ich właściwości” – mówi Jurij Hohoci, materiałoznawca z Drexel University, który nie brał udziału w tych badaniach. Dodaje, że golden „powinien być przebadany pod kątem potencjalnego wykorzystania m.in. w procesach katalizy”.