Os pesquisadores do A * STAR criaram uma maneira de desestabilizar os nanoclusters de ouro para que formem pequenos núcleos atômicos que crescem juntos em proporções perfeitas, Cristais de dodecaedro de 12 lados. Esses poliedros exclusivos têm superfícies ricas em energia que podem aumentar a eficiência catalítica de reações químicas importantes e servir como locais de adsorção em potencial para dispositivos sensores direcionados.

Tipicamente, Os nanoclusters de ouro são preparados reduzindo quimicamente um precursor de ouro-enxofre na presença de um agente estabilizador orgânico. Este procedimento cria um núcleo simétrico de átomos de ouro protegidos por uma fina camada de grupos de superfície conhecidos como tiolatos. Os pesquisadores desenvolveram muitas técnicas para variar o tamanho dos nanoclusters para ajustar suas propriedades químicas e físicas. Mas desestabilizar as ligações de ouro-tiolato para permitir transformações adicionais em cristais poliédricos tem se mostrado mais desafiador.

Para resolver este problema, uma equipe interdisciplinar liderada por Yong-Wei Zhang do Instituto de Computação de Alto Desempenho e Ming-Yong Han do Instituto de Pesquisa e Engenharia de Materiais da A * STAR em Cingapura investigou estratégias para desestabilizar os aglomerados de ouro pela oxidação dos tiiolatos de proteção da superfície. Embora promissor, essa abordagem tem seus riscos:tentativas anteriores de usar agentes de desestabilização de ozônio produziram agregação descontrolada de átomos de ouro em precipitados macroscópicos.

Os pesquisadores examinaram se a mudança para um agente de desestabilização de peróxido de hidrogênio mais suave daria resultados mais favoráveis. Eles primeiro sintetizaram uma solução de aglomerados de ouro de 25 átomos estabilizados por camadas externas de albumina de soro bovino (BSA). Quando o peróxido de hidrogênio foi adicionado à mistura, os instrumentos de espectrometria de massa da equipe mostraram que as ligações covalentes de ouro-enxofre se rompiam lentamente.

Essa desestabilização à base de peróxido produziu inicialmente aglomerados de ouro menores de 11 átomos. Mas depois de sentar por quase uma semana em temperatura ambiente, esses aglomerados se transformaram em notáveis ​​formas de dodecaedro (veja a imagem).

A microscopia eletrônica de varredura de alta resolução revelou que cada faceta do dodecaedro tinha orientações cristalográficas idênticas - uma distribuição rara de átomos de ouro conhecida como faceta [110]. Os cálculos da teoria funcional da densidade iniciados pelo co-autor Guijian Guan mostraram que essas estruturas incomuns surgem quando os aminoácidos liberados do BSA durante a reação de desestabilização se ligam às nanopartículas e promovem o crescimento em todas as direções do cristal, exceto na orientação [110].

Guan explica que, porque [110] as facetas têm as energias de superfície mais altas entre as facetas de ouro padrão, eles apresentam fortes forças de atração para as moléculas que chegam - um fenômeno que melhora a capacidade catalítica devido a uma afinidade de ligação mais forte com as moléculas-alvo. "Por exemplo, observamos um aumento de quatro vezes na capacidade catalítica de nosso dodecaedro em comparação com nanopartículas de ouro durante a redução de 4-nitrofenol a 4-aminofenol, "ele observa.