Rice Üniversitesi’nde yürütülen çalışma, nanoparçacık üretiminde standart olarak kullanılan altın tohumlarının kimyasal kimliğini netleştirdi. Bulgular, bu tohumların 32 atomlu kafes yapılı küresel moleküller olduğunu ve yapısal olarak ünlü karbon buckyball’lar ile birebir örtüştüğünü gösteriyor. Bu durum, nano-ölçekteki sentez süreçlerinin moleküler düzeyde nasıl şekillendiğini anlamak adına büyük bir adım olarak nitelendiriliyor.
Rice Üniversitesi’nde bir bilim adamı olan merhum Richard Smalley, bu içi boş 60 atomlu molekülleri birlikte keşfetmiş ve karbon buckyballs terimini vermiştir. O zamandan beri “fulleren” ailesi düzinelerce içi boş molekülü kapsayacak şekilde genişledi. Atomik yapılarının mimar Buckminster Fuller tarafından yaratılan jeodezik kubbelere benzerliği nedeniyle onlara “buckminsterfullerenes” adını verdi.
Buckyball’lar, Karbon Nanotüpler nedir?
Rice Üniversitesi kimyagerleri tarafından 2019 yılında yayınlanan araştırmaya göre, altın fullerenler kimyagerlerin altın nanoparçacıklar oluşturmak için geleneksel olarak kullandıkları altın “tohum” parçacıklarıdır. Altın buckyball’ların bilinen ilk sentezinden sadece birkaç ay sonra gelen bu keşif, kimyacıların altın molekülleri onlarca yıldır farkında olmadan kullandıklarını ortaya koydu.
Kimyager Jones’a göre tartıştığımız şey, herhangi bir nanomateryal üretmenin tartışmasız en yaygın yolu. “Bunun nedeni de inanılmaz derecede basit olması. Bunun için ekstra bir ekipmana gerek yok. Lisedeki öğrenciler bunu başarabilir.
Keşfi desteklemek için yıllarca veri topladıktan sonra bulgularını Nature Communications’da yayınladı.
Rice’ta kimya, malzeme bilimi ve nano-mühendislik alanında yardımcı doçent olan Jones’a göre altın nanopartiküllerin moleküllerden yapılmış olması, araştırmacıların bu sentezlerin nasıl gerçekleştiğini öğrenmelerine yardımcı olabilir.
Jones, bu çalışmanın önemli olmasının ana nedeninin de bu olduğunu söyledi.
Jones’a göre, bilim insanları 2000’li yılların başında kimyasal sentezlerde altın tohum parçacıklarının nasıl kullanılacağını buldular ve çubuklar, küpler ve piramitler de dahil olmak üzere çeşitli şekillerde altın nanoparçacıkları ürettiler.
Rice Üniversitesi’nde kimya, malzeme bilimi ve nano-mühendislik alanlarında yardımcı doçent olan Jones, parçacık formunu ayarlama becerisinin çok ilgi çekici olduğunu çünkü birçok özelliği değiştirdiğini belirtti. “Çoğu insan bu sentezi kullanıyor, ki zaten öyle.
Kütle Spektrometresi ve İleri Görüntüleme Teknikleri ile Yapısal Doğrulama
2019 yılında Jones ve Jones’un laboratuarında doktora sonrası araştırmacı olarak çalışan Qiao, aramamalarına rağmen kütle spektrometresi okumalarında altın-32’yi fark ettiler. Benzer bir şekilde, karbon-60 buckyballs bulundu. Tesadüfler bundan sonra da devam etti. Jones, Rice’ta Norman ve Gene Hackerman Kürsüsü’nde kimya profesörü olarak görev yapmaktadır. Smalley, 2005 yılında vefat etmeden önce uzun yıllar Rice’ta kimya alanında Hackerman kürsüsünü yönetmiştir.
Kendisi 1996 Nobel Kimya Ödülünü Rice’tan Robert Curl ve Birleşik Krallık’tan Harold Kroto ile paylaşmıştır.
Yaygın olarak kullanılan tohumların aslında nanoparçacıklar yerine altın-32 molekülleri olduğunu doğrulamak için Rice’ta Yimo Han’ın araştırma ekibi tarafından yapılan son teknoloji görüntüleme ve Johns Hopkins’te Rigoberto Hernandez ve George Mason’da Andre Clayborne’un grupları tarafından yapılan derinlemesine teorik analizler de dahil olmak üzere yıllar süren çalışmalar yapıldı.
Jones’a göre nanopartikül ile molekül arasındaki fark, çalışmanın olası sonuçlarını anlamak için çok önemli.
Jones’a göre nanoparçacıklar birbirinin aynısı değildir, ancak boyut ve şekil olarak birbirine yakındır. “7 nanometrelik küresel altın nanoparçacıklarımdan bazıları tam olarak 10.000 atom içerecek, ancak diğerleri 10.023 veya 9.092 atom içerebilir.
Öte yandan, moleküller idealdir, diye devam etti. “Bir molekülün formülünü yazabiliyorum. Bir molekülü tasvir edebilirim. Ayrıca, yarattığım bir çözeltideki her molekül aynı miktarda, türde ve atom bağlantısına sahip.
Jones, nanobilimcilerin çok sayıda değerli nanoparçacığın üretiminde ustalaşmış olmalarına rağmen, bu nanoparçacıkların nasıl üretildiğine dair “neredeyse hiçbir mekanik anlayış olmadığı için” ilerlemenin sıklıkla deneme yanılma yoluyla gerçekleştiğini iddia etti.
Söz konusu meselenin oldukça basit olduğunu da sözlerine ekledi. “Bu, birine ‘Bana bir kek yapmanı istiyorum ve sana bir sürü beyaz toz vereceğim ama ne olduklarını söylemeyeceğim’ demek gibi bir şey. Elinizde bir tarif olsa ve ilk malzemelerin ne olduğunu bilmeseniz bile hangi malzemenin ne işe yaradığını bulmak tam bir kabus.
Jones şöyle dedi: “Nanobilimin organik kimya gibi olmasını istiyorum; burada istediğiniz her şeyi, istediğiniz nitelikte üretebilirsiniz.
Ona göre organik kimyacılar maddeyi çok iyi kavrıyorlar çünkü onlardan önceki kimyacılar bu reaksiyonların nasıl işlediğini anlamak için inanılmaz derecede detaylı mekanik çalışmalar yaptılar.”
Nanobilimde bundan çok ama çok uzağız, ancak oraya ulaşmamızın tek yolu bunun gibi projeler üzerinde çalışmak ve nereden başladığımıza ve şeylerin nasıl ortaya çıktığına dair mekanik bir kavrayışa sahip olmaktır.
Kaynak: phys.org/news/2023-08-gold-buckyballs-oft-used-nanoparticle-seeds.html
