Was? Ja, want enkele jaren geleden werd er ontdekt dat zeer kleine deeltjes goud als katalysator op kunnen treden bij belangrijke chemische reacties, zoals de oxidatie van waterstof en koolmonoxide. Het vermoeden bestond dat de ruimtelijke structuren van deze zeer kleine gouddeeltjes verantwoordelijk waren voor deze katalyse-eigenschappen van goud. Het probleem was echter dat deze structuren met een optische microscoop niet zichtbaar konden worden gemaakt, omdat de deeltjes kleiner zijn dan de golflengte van zichtbaar licht.

Maar nu is een team van wetenschappers van het FOM-Instituut voor Plasmafysica Rijnhuizen in Nieuwegein, het Fritz-Haber-Institut der Max-Planck-Gesellschaft in Berlijn en het Steacie Institute for Molecular Sciences in Ottawa (Canada) erin geslaagd om de structuren van deze ‘nanogoudclusters’ te identificeren. Dit deden zij door de interactie van de clusters met intens infrarood laserlicht te bestuderen. Dit laserlicht was afkomstig van de vrije-elektronenlaser Felix van het eerdergenoemde FOM-Instituut voor Plasmafysica.

De nanoclusters van goud werden als volgt gemaakt: eerst werd er goud verdampt. Dit verdampte goud werd gevangen in een gasbundel van helium, die de gouddamp meevoerde en koelde. Hieruit ontstonden de nanoclusters, die bestonden uit drie tot twintig goudatomen.

Hierna stelden de wetenschappers de goudclusters bloot aan infrarood licht van verschillende golflengten met de vrije-elektronenlaser Felix en keken zij hoe de clusters hierop reageerden. De verbindingen tussen de goudatomen in de clusters zijn vergelijkbaar met een veer. Wanneer de frequentie van het infrarode licht gelijk is aan de frequentie waarop deze veer trilt, dan versterkt het infrarode licht deze trilling. Omdat Felix zo’n intense lichtbundel uitstraalt, kunnen deze trillingen zo hevig worden, dat het deeltje uit elkaar valt. Dit uiteenvallen van de nanogoudclusters konden de wetenschappers registreren met een massaspectrometer. Op deze manier waren zij in staat om het vibratiespectrum van de clusters te bepalen.

Door deze spectra te vergelijken met spectra die de theorie van de kwantumchemie voorspelt, konden de wetenschappers vervolgens de structuren van de nanoclusters vaststellen. Op deze manier vond het onderzoeksteam onder andere dat een cluster van twintig goudatomen een tetraëder vormt: een driehoekige piramide.

Het onderzoek opent een nieuwe weg om hele series van nanoclusters van goud en andere metalen op moleculair niveau te onderzoeken. Wanneer dit onderzoek voltooid is, kunnen de katalytische reacties op de nanodeeltjes op een vergelijkbare manier in kaart worden gebracht. Het uiteindelijke doel van het onderzoek is om een beter inzicht te verkrijgen in en het verbeteren van de katalytische eigenschappen van nanodeeltjes.


Bron: FOM