Sciencemag.cz
Doporučujeme
Vědcům se poprvé podařilo vytvořit vrstvy zlata o tloušťce pouhého jednoho atomu. Tento materiál byl nazván golden (goldene). Podle autorů nové studie ze švédské Linköping University tím zlato získalo nové vlastnosti, díky nimž může být použito v aplikacích, jako je přeměna oxidu uhličitého, výroba vodíku a další chemické reakce, ale také elektronika. 2D vrstva zlata má odlišné vlastnosti než běžná forma tohoto kovu, může se např. chovat jako polovodič.
Vědci se dlouho pokoušeli vyrobit jednoatomové vrstvy zlata, ale nepodařilo se jim to, protože zlato má tendenci se shlukovat/lepit k sobě.. K vytvoření goldenu použili nyní trojrozměrný základní materiál, v němž je zlato vloženo mezi vrstvy titanu a uhlíku. I tak se ale příprava dlouho nedařila a k úspěchu nakonec musela dopomoct náhoda. Syntéza vychází z elektricky vodivého karbidu křemíku a titanu, který obsahuje i tenké plátky atomárního křemíku (poznámka: jde tedy spíše o kompozit než slitinu nebo sloučeninu). Pak vznikl nápad pokrýt materiál zlatem, aby se vytvořil kontakt. Když pak výzkumníci součástku zahřáli na vysokou teplotu, vrstva křemíku byla uvnitř základního materiálu nahrazena právě zlatem. I teto kompozit už byl znám, ale nikdo nevěděl, že právě z něj lze vyrobit golden – pomocí exfoliace („vylouhování“) zlata. Spoluautor nové studie Lars Hultman náhodou objevil metodu, která se v japonském kovářském umění používá již více než sto let. Pomocí tzv. Murakamiho reakce lze odleptávat zbytky uhlíku a změnit barvu oceli např. při výrobě nožů. Podobně se upravovala i směs. Bylo ovšem potřeba optimalizovat koncentraci činidla a dobu leptání. Postup se také musí provádět ve tmě, protože při reakci vzniká kyanid, který by na světle zlato rozpouštěl. Posledním krokem bylo zajistit stabilitu zlatých vrstev. Aby se obnažené dvourozměrné pláty nezkroutily a zase (jako při dosavadních pokusech o přípravu goldenu) nevznikl chuchvalec, byla přidána povrchově aktivní látka (tenzid), která 2D listy zlata oddělovala a stabilizovala.
Vrstvy goldenu z kapaliny nakonec šlo izolovat pomocí jakéhosi síta. Analýza pomocí elektronového mikroskopu prokázala, že se opravdu jedná o 2D zlato.
Nové vlastnosti goldenu jsou dány tím, že zlato má při dvourozměrném rozměru k dispozici dvě „volné vazby“ (elektrony schopné se vázat). Díky tomu by mezi budoucí aplikace materiálu mohla patřit efektivnější reakce oxidu uhličitého, katalýza generující vodík nebo čištění vody. Navíc lze tímto způsob výrazně snížit množství zlata, které bude pro katalýzu a další chemické reakce potřeba.
Podobným postupem, spekulují autoři studie, by mohly jít připravit i 2D podoby dalších ušlechtilých kovů.
Synthesis of goldene comprising single-atom layer gold, Nature Synthesis (2024). DOI: 10.1038/s44160-024-00518-4
Zdroj: Linköping University / Phys.org, přeloženo / zkráceno
