La hoja de oro más delgada del mundo, denominada 'goldene', tiene solo 1 átomo de espesor
Goldene es el último material 2D fabricado desde que se creó el grafeno por primera vez en 2004.
Los científicos han creado la hoja de oro más delgada del mundo, que tiene solo un átomo de espesor.
El nuevo material, denominado "goldene", podría tener importantes aplicaciones en la conversión de dióxido de carbono y la generación de hidrógeno, dijeron los investigadores.
Para fabricar goldene, el equipo empleó una técnica centenaria utilizada por los herreros japoneses para aislar capas individuales del metal precioso. Informaron sobre su trabajo en la revista Nature Synthesis el 16 de abril.
Los investigadores están especialmente interesados en los materiales bidimensionales debido a sus inusuales propiedades ópticas, electrónicas y catalíticas. La superficie extremadamente alta de estas sustancias en relación con su volumen significa que se comportan de manera muy diferente a los sólidos a granel químicamente idénticos, y se han informado numerosos ejemplos de materiales 2D desde el descubrimiento del grafeno en 2004.
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Sin embargo, la mayoría de estos materiales se preparan a partir de no metales o compuestos mixtos, y crear láminas de metales puros de un solo átomo es mucho más desafiante.
"A los metales no les gusta estar solos", dijo Michael Yeung, químico del estado sólido de la Universidad de Albany, a WordsSideKick.com en un correo electrónico. "Debido a que la unión de los metales está deslocalizada, fácilmente se unirán entre sí y se aglomerarán. Preparar una sola capa es toda una hazaña porque estás luchando contra el deseo del metal de unirse no sólo consigo mismo sino también con otras láminas".
Intentos anteriores se han topado con este problema. Varios equipos han creado una única capa de átomos de oro incrustados dentro de un sólido de soporte, como el carburo de silicio recubierto de grafeno, "como una especie de estructura 'sándwich', utilizando grafeno como un pseudopan y el oro como carne", dijo Yeung. Pero extraer el goldene de estos complejos sólidos en capas resultó problemático, ya que los átomos de oro se coagulaban en nanopartículas tan pronto como se retiraba el soporte.
Shun Kashiwaya, profesor asistente en el Departamento de Física, Química y Biología de la Universidad de Linköping en Suecia, y sus colegas cambiaron este enfoque para aislar con éxito láminas de oro por primera vez.
Comenzaron creando una estructura en capas de titanio, silicio y carbono, que luego cubrieron con una capa superficial de oro. Durante 12 horas, las partículas de oro se difundieron en el material, reemplazando la capa de silicio con oro y creando una lámina dorada incrustada dentro del sólido. Sin embargo, en lugar de intentar eliminar la capa de oro, el equipo eliminó cuidadosamente todo el sólido circundante, dejando la lámina de oro intacta.
Descubrieron la técnica cuando el coautor del estudio Lars Hultman, profesor del Departamento de Física, Química y Biología de la Universidad de Linköping, estaba investigando grabadores químicos. Hultman encontró un método de 100 años utilizado por los herreros japoneses para eliminar los residuos de carburo en el acero, dijo Kashiwaya a WordsSideKick.com. Llamada reactivo de Murakami o ferricianuro de potasio alcalino, la solución destruyó el soporte de carburo de titanio circundante, sin afectar la lámina dorada.
Para perfeccionar el método, el equipo experimentó con diferentes condiciones de reacción y concentraciones de la solución de grabado. Fundamentalmente, descubrieron que agregar una cisteína como surfactante, o una sustancia química que disminuye la tensión superficial de un líquido, estabilizaba las láminas aisladas e impedía que los átomos de oro se agruparan y combinaran en nanopartículas.
Las láminas de oro independientes tenían hasta 100 nanómetros de largo y son cientos de veces más delgadas que las hojas de oro ordinarias.
Kashiwaya y Hultman creen que, debido a la reactividad química mejorada del goldene, podría tener aplicaciones importantes en reacciones para convertir dióxido de carbono en combustibles como etanol y metano y agua en hidrógeno. Actualmente están trabajando en mejorar el método sintético.
"Nuestro objetivo es explorar las propiedades físicas y químicas fundamentales del goldene y seguir desarrollando el proceso sintético para aumentar tanto el área de la hoja de goldene como el rendimiento", dijo Kashiwaya. "También imaginamos aplicar este enfoque para producir otros materiales elementales 2D (metalenos) más allá del goldene".
Yeung está particularmente interesado en la preparación de nuevos materiales 2D posibles gracias a este método. "La capacidad de grabar selectivamente lo que normalmente es estable significa que se pueden fabricar una gran cantidad de materiales nuevos", dijo.
El siguiente paso podría ser crear una sola capa de plata utilizando alúmina como base, dijo Yeung.