Uma única camada de átomo de ouro – pesquisadores criam goldene

Pela primeira vez, os cientistas conseguiram criar folhas de ouro com apenas uma camada de átomo de espessura. O material foi denominado goldene. De acordo com investigadores da Universidade de Linköping, na Suécia, isto deu ao ouro novas propriedades que podem torná-lo adequado para utilização em aplicações como a conversão de dióxido de carbono, produção de hidrogénio e produção de produtos químicos de valor acrescentado. Suas descobertas são publicadas na revista Síntese da Natureza.

Os cientistas há muito tentam fazer folhas de ouro com a espessura de um único átomo, mas falharam devido à tendência do metal de se aglomerar. Mas pesquisadores da Universidade de Linköping conseguiram agora sucesso graças a um método centenário usado por ferreiros japoneses.

“Se você fizer um material extremamente fino, algo extraordinário acontece – como acontece com o grafeno. A mesma coisa acontece com o ouro. Como você sabe, o ouro geralmente é um metal, mas se tiver a espessura de uma camada de átomo único, o ouro pode se tornar um semicondutor. ”, diz Shun Kashiwaya, pesquisador da Divisão de Design de Materiais da Universidade de Linköping.

Para criar o goldene, os pesquisadores usaram um material de base tridimensional onde o ouro é incorporado entre camadas de titânio e carbono. Mas criar o goldene provou ser um desafio. De acordo com Lars Hultman, professor de física de filmes finos na Universidade de Linköping, parte do progresso se deve ao acaso.

“Tínhamos criado o material base com aplicações completamente diferentes em mente. Começamos com uma cerâmica eletricamente condutora chamada carboneto de titânio e silício, onde o silício está em camadas finas. expusemos o componente a altas temperaturas, a camada de silício foi substituída por ouro dentro do material base”, diz Lars Hultman.

Esse fenômeno é chamado de intercalação e o que os pesquisadores descobriram foi carboneto de ouro e titânio. Durante vários anos, os pesquisadores tiveram carboneto de ouro de titânio sem saber como o ouro pode ser esfoliado ou extraído, por assim dizer.

Por acaso, Lars Hultman encontrou um método que tem sido usado na arte da forja japonesa há mais de cem anos. É chamado de reagente de Murakami, que remove resíduos de carbono e muda a cor do aço na fabricação de facas, por exemplo. Mas não foi possível usar exatamente a mesma receita dos ferreiros. Kashiwaya teve que analisar as modificações.

“Tentei diferentes concentrações do reagente de Murakami e diferentes intervalos de tempo para o ataque. Um dia, uma semana, um mês, vários meses. O que notamos foi que quanto menor a concentração e mais longo o processo de ataque, melhor. Mas ainda assim foi não é suficiente”, diz ele.

A gravação também deve ser realizada no escuro, pois o cianeto se desenvolve na reação ao ser atingido pela luz e dissolve o ouro. O último passo foi estabilizar as folhas de ouro. Para evitar que as folhas bidimensionais expostas se enrolassem, foi adicionado um surfactante. Neste caso, uma longa molécula que separa e estabiliza as folhas, ou seja, um tensoativo.

“As folhas douradas estão em uma solução, um pouco como flocos de milho no leite. Usando uma espécie de ‘peneira’, podemos coletar o ouro e examiná-lo usando um microscópio eletrônico para confirmar que conseguimos. O que conseguimos”, diz Kashiwaya .

As novas propriedades do goldene se devem ao fato do ouro possuir duas ligações livres quando bidimensional. Graças a isto, as aplicações futuras poderão incluir a conversão de dióxido de carbono, catálise geradora de hidrogénio, produção seletiva de produtos químicos de valor acrescentado, produção de hidrogénio, purificação de água, comunicação e muito mais. Além disso, a quantidade de ouro utilizada nas aplicações atuais pode ser muito reduzida.

O próximo passo para os pesquisadores da LiU é investigar se é possível fazer o mesmo com outros metais nobres e identificar aplicações futuras adicionais.