Svenska forskare har för första gången lyckats skapa ark av guld som bara är ett atomlager tjockt. Materialet – med namnet guldén – kan i framtiden bli användbart inom väteproduktion och framställning av kemikalier.
Forskare har länge försökt göra extremt tunna ark av guld, men misslyckats eftersom metallen gärna vill klumpa ihop sig. Men med hjälp av ett hundra år gammalt recept har forskare vid Linköpings universitet nu lyckats, skriver lärosätet i ett pressmeddelande.
Det nya materialet, som bara har ett enda atomlager, har döpts till guldén. Jämfört med vanligt bladguld är materialet 400 gånger tunnare.
Kan bli användbart inom många områden
Egenskaperna hos guldén öppnar för en rad tillämpningar i framtiden. Det skulle till exempel kunna användas för koldioxidomvandling, produktion av vätgas och framställning av värdefulla kemikalier. Andra områden är vattenrening och kommunikation.
– Om man gör ett material extremt tunt händer något extraordinärt – som med grafen. Samma sak händer med guld. I vanliga fall är guld som bekant en metall, men blir den ett atomlager tjock kan guldet bli en halvledare i stället, säger Shun Kashiwaya, forskare inom materialdesign vid Linköpings universitet i pressmeddelandet.
Lite av en lycklig slump
Men vägen till det nya materialet har inte varit spikrak och en del av framstegen beror på ett lyckokast.
För att skapa guldén utgick Linköpingsforskarna från ett tredimensionellt grundmaterial där guldet ligger inbäddat mellan lager av titan och kol. Forskarna hade skapat grundmaterialet med helt andra tillämpningar i sikte.
– Vi började med elektriskt ledande keramik som kallas titankiselkarbid, där kisel ligger i tunna lager. Då var tanken att belägga keramiken med guld för att skapa en kontakt. Men när vi utsatte materialet för hög temperatur blev kisellagret ersatt av guld inuti grundmaterialet, säger Lars Hultman, professor i tunnfilmsfysik vid Linköpings universitet, i pressmeddelandet.
Det forskarna hade upptäckt kallas titanguldkarbid. För att kunna “vaska fram” guldet använde forskarna en metod inom japansk smideskonst som använts i över hundra år. Det kallas Murakamis reagent som etsar bort kolrester och ändrar färgen på stål vid till exempel knivtillverkning.
Guldén skiljer sig från en vanlig guldklimp genom att atomerna i guldén kryper närmare varandra. Det gör att de binder starkare till varandra. Detta förbättrar materialets förmåga att fungera som katalysator jämfört med vanligt guld.
– Jag prövade olika koncentrationer av Murakamireagensen och olika tidsspann för etsningen. En dag, en vecka, en månad, flera månader. Det vi märkte var att ju lägre koncentrationen var och ju längre tid etsningen pågick desto bättre. Men det räckte ändå inte, säger forskaren Shun Kashawaya.
Stabila ark av guld
Etsningen måste också utföras i mörker då cyanid utvecklas i reaktionen när den träffas av ljus, och det löser upp guldet.
Ett sista steg var att få guldarken stabila. För att de frilagda tvådimensionella arken inte ska krulla ihop sig tillsattes ett ytaktivt ämne, i detta fall en så kallad tensid.
– Arken med guldén finns i en lösning, lite som cornflakes i mjölk. Med hjälp av en typ av ”håv” kan vi samla upp guldet och undersöka i elektronmikroskop för att bekräfta att vi lyckats. Vilket vi har, säger Shun Kashawaya.
Vetenskaplig artikel:
Synthesis of goldene comprising single-atom layer gold, Nature Synthesis.
