Os pesquisadores Shinjiro Takano, Yuya Hamasaki e Tatsuya Tsukuda, da Universidade de Tóquio, visualizaram com sucesso a estrutura geométrica de nanoclusters de ouro em crescimento em seus estágios iniciais. Durante esse processo, eles também conseguiram “crescer” uma nova estrutura de nanoclusters alongados, que nomearam de “agulhas quânticas de ouro”. Graças à sua responsividade à luz na faixa do infravermelho próximo, essas “agulhas” podem permitir uma imagem biomédica de muito maior resolução e uma conversão de energia luminosa mais eficiente. Os resultados foram publicados na Journal of the American Chemical Society.
Embora o ouro possa evocar imagens de pompa e luxo, ele também é um elemento essencial da nanotecnologia moderna devido às suas estruturas e propriedades únicas em nível nanométrico. Nanoclusters de ouro compostos por menos de 100 átomos são tipicamente sintetizados pela redução, ou seja, pela adição de elétrons, de íons precursores de ouro na presença de ligantes protetores. No entanto, a síntese de nanoclusters de ouro com o tamanho, forma e composição desejados ainda representa um desafio.
“Nos últimos anos,” diz Tsukuda, o investigador principal, “muito esforço foi dedicado a entender a correlação entre a estrutura e as propriedades físico-químicas dos nanoclusters. No entanto, o processo de formação é considerado uma caixa-preta. Iniciamos este projeto acreditando que compreender os estágios iniciais da formação de clusters levará ao desenvolvimento de novos métodos de síntese direcionados para estruturas desejadas.”
Assim, os pesquisadores se propuseram a determinar as estruturas geométricas dos nanoclusters de ouro nos estágios iniciais de sua formação. Eles usaram condições de síntese ligeiramente incomuns para aprisionar os nanoclusters nos primeiros estágios de crescimento. A análise por difração de raios X de cristal único, ou seja, um raio X para compostos químicos, revelou que os nanoclusters de ouro cresceram de forma anisotrópica, a diferentes velocidades em diferentes direções. Além disso, a análise revelou uma estrutura inteiramente nova: nanoclusters em formato de lápis compostos por trimers triangulares e tetrameros tetraédricos. Os pesquisadores nomearam-nos “agulhas quânticas de ouro” porque os elétrons confinados nesses nanoclusters demonstraram comportamento quantizado, um fenômeno quântico em que os elétrons podem assumir apenas energias de potencial específicas.
“Conseguimos explicar retroativamente os processos de formação de uma série de pequenos nanoclusters de ouro sob nossas condições de síntese incomuns,” explica Tsukuda. “No entanto, a formação de agulhas com uma base triangular de três átomos de ouro em vez de um cluster quase esférico é uma descoberta acidental que estava muito além da nossa imaginação.”
As imagens estruturais que os pesquisadores adquiriram do crescimento passo a passo dos nanoclusters de ouro contribuem significativamente para a nossa compreensão do mecanismo de formação. No entanto, Tsukuda já está pensando nos próximos passos.
“Gostaríamos de explorar a síntese de outros nanoclusters únicos, aprimorando ainda mais as condições de síntese. Também gostaríamos de colaborar com outros especialistas para promover a aplicação das agulhas quânticas de ouro, aproveitando suas propriedades ópticas excepcionais.”
