La foglia d'oro più sottile del mondo ha lo spessore di un solo atomo

Gli scienziati hanno compiuto un passo rivoluzionario creando la foglia d'oro più sottile al mondo. Chiamato “goldene”, questo nuovo materiale promette, secondo i ricercatori, applicazioni rivoluzionarie nella conversione dell'anidride carbonica e nella produzione di idrogeno.

Una lamina d'oro spessa solo un atomo

IL materiali bidimensionali sono di particolare interesse per le loro proprietà ottiche, elettroniche e catalitiche uniche. Queste sostanze in realtà si comportano in modo molto diverso dai solidi sfusi chimicamente identici a causa della loro area superficiale estremamente elevata rispetto al loro volume. Queste caratteristiche conferiscono loro poi reattività e prestazioni eccezionali in una moltitudine di applicazioni.

La creazione di una lamina d'oro spessa solo un atomo rappresenta un importante progresso in questo campo. In effetti, rappresenta un esempio estremo di questa classe di materiali, fornendo una superficie atomica piana e uniforme. Questa struttura unica gli conferisce proprietà eccezionali, tra cui una maggiore reattività chimica e una migliore capacità catalitica. Inoltre, la sua estrema finezza lo rende ideale per applicazioni che richiedono elevata sensibilità e un'ampia superficie specifica.

Una foglia d'oro di un approccio innovativo

La produzione di un materiale del genere rappresenta una sfida tecnica considerevole. A differenza dei precedenti materiali bidimensionali, spesso composti da non metalli o miscele di composti, i ricercatori hanno optato per un approccio innovativo.

Concretamente, invece di creare una complessa struttura di sostegno, si è scelto di partire dalla formazione una struttura a strati composto da titanio, silicio e carbonio su cui depositarono un sottile strato d'oro. Per un periodo di dodici ore, queste particelle d'oro furono diffuso attraverso il materialesostituendo progressivamente gli strati sottostanti e creando così una foglia d'oro integrata nel massello.

Una volta completata questa fase, il team ha iniziato a rimuovere meticolosamente tutto il materiale circostante, lasciando intatta solo la foglia d’oro. Questa operazione è stata effettuata utilizzando una speciale soluzione chimica, l' Reagente di Murakami o ferricianuro di potassio alcalino. Si tratta di una tecnica centenaria utilizzata dai fabbri giapponesi per isolare strati unici di metallo prezioso.

Per stabilizzarli, i ricercatori hanno poi aggiunto la cisteina come tensioattivo. Questa sostanza ha svolto un ruolo cruciale nell’impedire agli atomi d’oro di raggrupparsi in nanoparticelle. Il risultato sono state lamine d’oro indipendenti spesse solo un atomo, che sono centinaia di volte più sottili delle normali lamine d’oro.

Quali applicazioni?

Le potenziali applicazioni di questa foglia d’oro sono vaste. Grazie alla sua maggiore reattività chimica, potrebbe essere utilizzato in particolare nelle reazioni mirate convertire l’anidride carbonica in combustibili come etanolo e metano, nonché produrre idrogeno dall’acqua. I ricercatori stanno già lavorando per migliorare il metodo di sintesi per aumentarne sia la superficie che la resa.

Grazie alla sua ampia superficie specifica e all'elevata reattività chimica, questa lamina d'oro potrebbe anche fungere da catalizzatore efficace per accelerare varie reazioni chimiche, come le reazioni di decomposizione degli inquinanti nell'aria o nell'acqua, o anche le reazioni coinvolte nella produzione di sostanze chimiche e prodotti farmaceutici. Inoltre, il suo proprietà ottiche ed elettroniche uniche potrebbero essere sfruttati per rilevare gas specifici o per creare dispositivi miniaturizzati e altamente sensibili.

Nel complesso, questa svolta segna un progresso significativo nella nostra comprensione e manipolazione della materia su scala nanometrica. Questa innovazione promette di rivoluzionare diversi campi, dalla catalisi alla conversione dell’energia, aprendo nuove prospettive per il futuro della scienza e della tecnologia.

I dettagli dello studio sono pubblicati sulla rivista Sintesi della natura.