Átomos de ouro formam pirâmides espontaneamente

Redação do Site Inovação Tecnológica - 03/03/2020

Os átomos de ouro (esquerda) assumem espontaneamente a forma de pirâmide apoiando-se nas moléculas de sal, da mesma forma que a pirâmide de laranjas (direita) só fica estável se estiver sobre uma superfície rugosa.
[Imagem: Zhe Li et al. - 10.1126/sciadv.aay4289]

Pirâmides de ouro

Pegue átomos do elemento químico de sua preferência, deixe uns poucos deles flutuando o mais livremente que puder, e eles vão se organizar em aglomerados esféricos, parecidos com cebolas, formando cascas em torno de um átomo central.

Mas não se forem átomos de ouro.

Deixe vinte átomos de ouro soltos e eles assumirão a forma de uma pirâmide.

Esta descoberta inusitada foi feita quando Zhe Li e seus colegas da Universidade de Leuven, na Bélgica, estavam tentando estudar diretamente a molécula Au20, que tem sido usada intensivamente como um sistema modelo para entender as propriedades catalíticas e ópticas das nanopartículas de ouro.

"No entanto, ainda faltava fazer uma caracterização direta do estado fundamental [da molécula Au20] no espaço real e em escala atômica, e é muito difícil obter informações fundamentais sobre as propriedades estruturais, eletrônicas e dinâmicas correspondentes," escreveu a equipe.

Eles venceram o desafio usando plasmas intensos em uma câmara de vácuo especialmente projetada para espalhar átomos de ouro a partir de uma peça macroscópica de ouro.

Basta um átomo a mais ou a menos para modificar completamente as propriedades da nanopartícula de ouro.
[Imagem: Zhe Li et al. - 10.1126/sciadv.aay4289]

Imitando gases nobres

Foi aí que surgiram as inesperadas pirâmides de ouro.

Elas têm um plano de base triangular, composto por 10 átomos ordenadamente dispostos, com triângulos adicionais de 6 e 3 átomos, com um único átomo servindo como "cereja do bolo" e dando o formato final da pirâmide.

"Parte dos átomos pulverizados crescem juntos para formar pequenas partículas de algumas dezenas de átomos, devido a um processo comparável à condensação das moléculas de água em gotículas," explicou Zhe Li. "Nós então selecionamos um feixe de aglomerados consistindo em exatamente vinte átomos de ouro. Pousamos essas espécies com uma das facetas triangulares em um substrato coberto com uma camada muito fina de sal de cozinha (NaCl), com exatamente três camadas de átomos de espessura".

O experimento também revelou a estrutura eletrônica muito peculiar da pequena pirâmide triangular de ouro. Muito semelhante aos átomos de gases nobres ou moléculas aromáticas, ela possui apenas orbitais de elétrons completamente cheios, o que as torna muito menos reativas que os aglomerados com apenas um átomo a mais ou a menos.

As informações detalhadas sobre esses pequenos aglomerados de ouro são importantes para avaliar seu desempenho catalítico e óptico, o que é altamente relevante para o projeto de catalisadores e dispositivos ópticos baseados em nanopartículas. As aplicações mais recentes de aglomerados atômicos incluem sua utilização em células de combustível e na captura de carbono.

Bibliografia:

Artigo: Unraveling the atomic structure, ripening behavior, and electronic structure of supported Au20 clusters
Autores: Zhe Li, Hsin-Yi Tiffany Chen, Koen Schouteden, Thomas Picot, Ting-Wei Liao, Aleksandr Seliverstov, Chris Van Haesendonck, Gianfranco Pacchioni, Ewald Janssens, Peter Lievens
Revista: Science Advances
Vol.: 6, no. 1, eaay4289

DOI: 10.1126/sciadv.aay4289                                                                                                                               CP2