ورق طلا به ضخمت یک اتم؛ آنقدر نازک که جذابیتش خیره کننده است!

گروه دانشمندان توانستند برگ طلایی نازیک ترین و بسیار نازک با ضخامتی معادل یک اتم را تولید کنند که به آن “گولدین” نام داده‌اند. این ماده جدید قابلیت تبدیل کربن دی‌اکسید به هیدروژن را دارد و کاربردهای متعددی دارد.

به گزارش تک فان، تیم تحقیقاتی برای ساخت گولدین از یک تکنیک قدیمی که آهنگران ژاپنی برای جداسازی لایه‌های فلزات استفاده می‌کردند، استفاده کرده‌اند. این مواد دوبعدی به لطف خواص نوری، الکتریکی و کاتالیستی آن‌ها برای پژوهش‌ها جذابیت دارند.

در تلاش برای تولید ورقه‌های یک اتمی از فلزات خالص، تاکنون تیم‌های زیادی با مشکلاتی روبه‌رو شده‌اند. اما تیم شان کاشیوایا موفق شدند این ورقه‌های گولدین را برای اولین بار تولید کنند و با پیشرفت در روش سنتز، بهبود بخشند.

این مواد طلایی به طور خودکفا و خوشحال ورقه‌های بسیار نازکی هستند که قابل استفاده در واکنش‌های تبدیل دی‌اکسید کربن به سوخت‌هایی مانند اتانول و متان و آب به هیدروژن هستند. تیم هم اکنون بر روی بهبود روش سنتز برای این مواد کار می‌کنند.

تک فان-دانشمندان نازیک‌ترین برگ طلایی که ضخامت آن به اندازه یک اتم است را ساخته‌اند.

به گزارش تک فان، این ماده جدید به نام «گولدین» [goldene] می‌تواند در تبدیل کربن دی‌اکسید و تولید هیدروژن کاربردهای مهمی داشته باشد. تیم تحقیقاتی برای ساخت گولدین از یک تکنیک 100ساله استفاده کرده‌اند که آهنگران ژاپنی برای جداسازی لایه‌های این فلز ارزشمند استفاده می‌کردند.

محققان به دلیل ویژگی‌های نوری، الکتریکی و کاتالیستی مواد دوبعدی علاقه‌ ویژه‌ای به آن‌ها دارند. سطح این مواد به نسبت حجم آن‌ها بسیار وسیع‌تر است که یعنی این مواد در مقایسه با جامدات حجیم با ساختار شیمیایی مشابه رفتاری متفاوت دارند و از زمانی که گرافین در سال 2004 کشف شد، تعداد زیادی از انواع مواد 2بعدی گزارش شده‌اند.

اما بسیاری از این مواد از غیرفلزها یا ترکیبات مخلوط به دست آمده‌اند و تولید ورقه‌های تک-اتمی از فلزات خالص کار بسیار چالش‌برانگیزتری است.

مایکل یئونگ، شیمی‌دان در دانشگاه آلبانی، می‌گوید: «فلزات دوست ندارند تنها باشند. چون پیوند در فلزات غیرمحلی است، آن‌ها به راحتی به هم متصل و آگلومره [چسبیدن مواد جامد به هم] می‌شوند. آماده کردن یک تک‌لایه موفقیت بسیار بزرگی است زیرا شما با این کار در حال مبارزه با میل فلزات به پیوند با خود و سایر ورقه‌ها هستید.»

بسیاری از تلاش‌های پیشین در این زمینه انجام شده که با این مشکل مواجه شده‌اند. چندین تیم تک‌لایه‌هایی از اتم‌های طلا که داخل یک ماده جامد پیشتیبان، مثل سیلیکون‌های کربید پوشیده از گرافین، جاسازی شده بودند را تولید کردند؛ مثل ساختار «ساندویچی» که از گرافین به عنوان یک شبه نان و از طلا به عنوان گوشت داخل ساندویچ استفاده می‌کند. اما مشخص شد که استخراج گولدین از این جامدات چندلایه پیچیده مسئله بزرگی است زیرا اتم‌های طلا به محض اینکه ماده پیشتیبان حذف می‌شود، به ذرات نانو می‌چسبند.

شان کاشیوایا، استادیار گروه فیزیک، شیمی و زیست‌شناسی دانشگاه لینکپینگ در سوئد و همکارانش توانستند برای نخستین‌بار ورقه‌های گولدین را جدا کنند.

آن‌ها کارشان را با تولید ساختارهای لایه‌ای تیتانیوم، سیلیکون و کربن که با سطحی از لایه طلا پوشیده شده بود، آغاز کردند. در طی 12 ساعت، ذرات طلا در مواد پخش شد و لایه سیلیکون را با طلا جایگزین کرد و یک ورقه گولدین را در داخل ماده جامد ایجاد کرد. با این حال، تیم به جای تلاش برای حذف لایه طلا، تمام جامدات اطراف را با دقت با محلول حکاکی کردند و ورق طلا را دست نخورده باقی گذاشتند.

آنها این تکنیک را زمانی کشف کردند که لارس هالتمن، یکی از نویسندگان مطالعه، استاد دپارتمان فیزیک، شیمی و زیست شناسی در دانشگاه لینکپینگ، در حال تحقیق در مورد حکاکی‌های شیمیایی بود. هالتمن روشی 100 ساله پیدا کرد که توسط آهنگرهای ژاپنی برای حذف بقایای کاربید در فولاد استفاده می شد.

این محلول که معرف موراکامی یا فریسیانید پتاسیم قلیایی نامیده می شود، بدون تأثیر بر ورق طلایی، تکیه گاه کاربید تیتانیوم اطراف را از بین می برد.

برای تکمیل این روش، تیم با شرایط واکنش و غلظت‌های مختلف محلول حکاکی آزمایش کردند. از همه مهم‌تر آن‌ها دریافتند که افزودن سیستئین به عنوان سورفکتانت یا یک مواد شمیایی که تنش سطح را به عنوان مایع کاهش می‌دهد، باعث تثبیت ورقه‌های جداشده می‌شود و از خوشه‌شدن اتم‌های طلا و ترکیب با نانو ذرات پیشگیری می‌کند.

ورقه‌های طلای خودایستا 100نانومتر درازا دارند و صدها برابر نازک‌تر از برگ‌های طلایی معمولی هستند.

کاشیوایا و هالتمن معتقدند که به دلیل افزایش واکنش‌پذیری شیمیایی طلا، می‌تواند کاربردهای مهمی در واکنش‌های تبدیل دی اکسید کربن به سوخت‌هایی مانند اتانول و متان و آب به هیدروژن داشته باشد.

آنها در حال حاضر روی بهبود روش سنتز کار می‌کنند.

عاطفه رضوان نیا