Per la prima volta, gli scienziati sono riusciti a creare fogli d'oro spessi solo un singolo atomo. Il materiale è stato chiamato goldene. Secondo i ricercatori dell’Università di Linköping, in Svezia, ciò ha conferito all’oro nuove proprietà che possono renderlo adatto all’uso in applicazioni come la conversione dell’anidride carbonica, la produzione di idrogeno e la produzione di sostanze chimiche a valore aggiunto. I loro risultati sono pubblicati sulla rivista Nature Synthesis .
Gli scienziati hanno cercato a lungo di produrre fogli d'oro dello spessore di un singolo atomo, ma hanno fallito a causa della tendenza del metallo a raggrupparsi. Ma i ricercatori dell'Università di Linköping ora ci sono riusciti grazie a un metodo centenario utilizzato dai fabbri giapponesi.
"Se rendi un materiale estremamente sottile, accade qualcosa di straordinario, come con il grafene. La stessa cosa accade con l'oro. Come sai, l'oro è solitamente un metallo, ma se è spesso uno strato di un singolo atomo, l'oro può diventare un semiconduttore ", afferma Shun Kashiwaya, ricercatore presso la divisione di progettazione dei materiali dell'Università di Linköping.
Per creare Goldene, i ricercatori hanno utilizzato un materiale di base tridimensionale in cui l'oro è incorporato tra strati di titanio e carbonio. Ma inventare Goldene si è rivelata una sfida. Secondo Lars Hultman, professore di fisica dei film sottili all'Università di Linköping, parte del progresso è dovuto alla serendipità.
"Avevamo creato il materiale di base pensando ad applicazioni completamente diverse. Abbiamo iniziato con una ceramica elettricamente conduttiva chiamata carburo di silicio e titanio, dove il silicio si trova in strati sottili. Quindi l'idea era di rivestire il materiale con oro per creare un contatto. Ma quando abbiamo esposto il componente ad alta temperatura, lo strato di silicio è stato sostituito dall'oro all'interno del materiale di base", afferma Lars Hultman.
Questo fenomeno si chiama intercalazione e ciò che i ricercatori avevano scoperto era il carburo di oro e titanio. Per diversi anni, i ricercatori hanno utilizzato il carburo d'oro e titanio senza sapere come l'oro potesse essere esfoliato o estratto, per così dire.
Per caso, Lars Hultman ha trovato un metodo che viene utilizzato nell'arte della forgiatura giapponese da oltre cento anni. Si chiama reagente di Murakami e, ad esempio, rimuove i residui di carbonio e cambia il colore dell'acciaio nella fabbricazione dei coltelli. Ma non era possibile utilizzare esattamente la stessa ricetta dei fabbri. Kashiwaya ha dovuto esaminare le modifiche.
"Ho provato diverse concentrazioni del reagente di Murakami e diversi intervalli di tempo per l'attacco. Un giorno, una settimana, un mese, diversi mesi. Ciò che abbiamo notato è che minore è la concentrazione e più lungo è il processo di attacco, meglio è. Ma era comunque "non basta", dice.
Anche l'incisione deve essere eseguita al buio perché quando viene colpita dalla luce si sviluppa cianuro che scioglie l'oro. L’ultimo passo è stato quello di rendere stabili i fogli d’oro. Per evitare che i fogli bidimensionali esposti si arricciassero è stato aggiunto un tensioattivo. In questo caso, una lunga molecola che separa e stabilizza i fogli, cioè un tensioattivo.
"I fogli d'oro sono in una soluzione, un po' come i cornflakes nel latte. Usando una specie di 'setaccio', possiamo raccogliere l'oro ed esaminarlo usando un microscopio elettronico per confermare che ci siamo riusciti. E ci siamo", dice Kashiwaya .
Le nuove proprietà del goldene sono dovute al fatto che l'oro ha due legami liberi quando è bidimensionale. Grazie a ciò, le applicazioni future potrebbero includere la conversione dell’anidride carbonica, la catalisi per la generazione di idrogeno, la produzione selettiva di sostanze chimiche a valore aggiunto, la produzione di idrogeno, la purificazione dell’acqua, la comunicazione e molto altro. Inoltre, la quantità di oro utilizzata oggi nelle applicazioni può essere notevolmente ridotta.
Il prossimo passo per i ricercatori LiU è indagare se sia possibile fare lo stesso con altri metalli nobili e identificare ulteriori applicazioni future.
Ulteriori informazioni: Sintesi di goldene comprendente oro a strato singolo, Nature Synthesis (2024). DOI:10.1038/s44160-024-00518-4
Informazioni sul giornale: Sintesi della natura
Fornito dall'Università di Linköping
