Nanopartikel des Edelmetalls verhalten sich anders als die seiner nahen Verwandten

Berechnete Cluster aus jeweils 55 Atomen. Während Silber (links) einen regulären ikosaederförmigen Kristall bildet, verhält sich Gold eher konfus. © Fraunhofer IWM

„Gold fasziniert Menschen seit dem Altertum“, lautet ein dröger Einstieg in wissenschaftliche Arbeiten. Dass es dennoch Überraschungen gibt, zeigt eine vor kurzem erschienene Publikation: Nanopartikel des Edelmetalls verhalten sich anders als die seiner nahen Verwandten.


Ein Argument in der derzeit grassierenden „Nanodebatte“ lautet: Partikel mit Durchmessern deutlich unter einem Mikrometer verhalten sich anders als größere – mitunter seien sie toxisch. Müller und Bäcker etwa wissen das seit geraumer Zeit. Getreidekörner sind harmlos. Jedoch kann der langjährige Umgang mit Mehl immerhin eine Berufskrankheit hervorrufen, die der Volksmund Bäckerasthma nennt. Ein anderes Beispiel ist Gold: Im Mesokosmos des Menschen erscheint es gelb glänzend, während Vertreter des Superzwergenreichs (griechisch nanos = Zwerg) rot sehen würden. Goldrubinglas färbt sich erst durch feinverteilte Partikel des Edelmetalls tiefrot. Materialforscher fanden kürzlich: Gold verhält sich in Clustern aus wenigen Atomen deutlich anders als seine Nachbarn im Periodensystem Silber, Kupfer, Palladium oder Platin. Während letztere eine kristalline Ordnung anstreben, bleibt Gold ohne erkennbare Struktur. Die Ergebnisse, die Ende August im Fachblatt Physical Review Letters publiziert wurden (Volume 93, No. 9), dürften auch für Katalyseforscher interessant sein. Immerhin lautet eine ihrer zentralen Fragen: Wie beeinflussen Kristallinität und Größe der oft eingesetzten Edelmetallpartikel Verlauf und Geschwindigkeit chemischer Reaktionen?

Solche Ergebnisse produzieren Forscher heute verstärkt durch Simulationsrechnungen im Computer. Hier jedoch startete die Fachwelt quasi eine umgekehrte Nanodebatte: Ein einzelnes Atom und sein Verhalten kann quantenmechanisch recht gut berechnet werden. Je größer ein Aggregat oder Molekül wird, desto mehr weichen die Voraussagen allerdings von den experimentellen Befunden ab. „Wir untersuchten Cluster aus 55 Atomen und konnten die amorphe Struktur photoelektronenspektroskopisch bestätigen“, betont Mitautor Michael Moseler vom Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM. „Derzeit ist unsere Gruppe als einzige in der Lage, Cluster mit bis zu tausend Goldatomen verlässlich zu berechnen.“

Aus dem gefundenen eigentümlichen Verhalten von Gold erwachsen womöglich Konsequenzen für die Mikroelektronik. Je kleiner die Schaltungen werden, desto dünner die Drähte, mit denen sie verbunden sind. Materialgrößen wie Festigkeit oder elektrische Leitfähigkeit sind jedoch nicht auf beliebig kleine Abmessungen extrapolierbar. Weitere Bereiche sind Genetik und Proteinforschung. Hier werden Goldcluster oft genutzt, um Biomoleküle zu markieren. Art und Stärke der Bindung zu ihnen hängen jedoch auch davon ab, wie sich die Atome des preziosen Metalls untereinander „vertragen“.

Ansprechpartner:
Dr. Michael Moseler
Telefon: 07 61 / 51 42-3 32, Fax: -1 10, michael.moseler@iwm.fraunhofer.de

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Dr. Johannes Ehrlenspiel idw

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