Новости химической науки > Золотой слиток, который не тонет в воде

Слиток золота, который не тонет в чашке капучино, «паря» над молочной пеной – кажется невероятным, однако это действительно результаты работы, выполненной исследователями из Швейцарской высшей технической школы Цюриха.

Исследовательская группа, руководителем которой является Рафаэлле Меццена (Raffaele Mezzenga), получили новый тип пены непосредственно из золота – трехмерный материал из золота, состоящий в основном из пор. Полученный материал является самым легким «слитком» золота. Меццена заявляет, что золотой аэрогель в тысячи раз легче любого сплава золота, легче воды и почти также невесом, как и воздух.

Невооруженным глазом золотой аэрогель практически невозможно отличить от обычного золота – он также отличается характерным металлическим блеском. Однако, в отличие от обычного золота, который, хотя и является мягким металлом, не может изменять форму, попав в руки обычного человека, золотой аэрогель податлив как пластилин. В новом материале до 98% объема занимают пустоты (фактически – воздух) и лишь 2% приходится на твердый материал. Четыре пятых этого твердого материала представляет собой собственно золото и ещё одна пятая – на фибриллярные белки молока.

Рисунок из Advanced Materials, 2015; DOI: 10.1002/adma.201503465

Исследователи получили пористый материал следующим образом – первоначально они нагревали белки молока, получая чистые волокна амилоидных фибрилл – белковых волокон нанометрового размера; затем эти волокна помещали в раствор соли золота. Белковые волокна переплетались, образуя волокнистую структуру, на волокнах которой золото кристаллизовалось в виде частиц небольшого размера. В конечном итоге исследователям удавалось добиваться получения гелеподобной структуры, состоящей из золота и сети белковых молекул.

Как заявляет один из авторов работы, Густав Нистром (Gustav Nyström), главной проблемой был подбор условий сушки геля, при которых бы не была повреждена его структура. Поскольку сушка воздухом могла повредить структуре аэрогеля, исследователи оптимизировали процесс высушивания, применив для удаления воды диоксид углерода.

Выбранный подход, в котором частицы золота кристаллизуются непосредственно в структуре белковой сетки (а, например, не добавляются к уже существующим белковым «лесам») новый. Главное преимущество метода заключается в том, что он значительно упрощает получение однородного золотого аэрогеля, эффективно имитирующего сплавы золота.

Технология производства золотого аэрогеля также позволяет исследователям возможности влиять на свойства материала. Так, поскольку оптические свойства золота зависят от размера и формы частиц, по словам Нистрома, варьирование размера этих частиц позволяет менять цвет материала. Например, если подобрать условия реакции и получать не микро-, а наночастицы золота, можно получить аэрогель тёмно-красного цвета. Нистром заявляет, что исследователи могут менять не только цвет материала, но и его такие свойства, как светопоглощение и отражение.

Одним из возможных направлений применения нового материала является катализ – поскольку из-за большого количества пор аэрогель отличается большой площадью поверхности, химические реакции, катализируемые металлическим золотом, могут эффективно протекать в его порах.

Источник: Advanced Materials, 2015; DOI: 10.1002/adma.201503465

метки статьи: #кинетика и катализ, #нанотехнологии, #новые материалы, #химия поверхности