Estudio de la estructura y reactividad de nanopartículas de oro

V. A. MACAGNO

Cordoba, Argentina

Taller; TIECIM V; 2006

INFIQC-UNC

El estudio de la estructura y estabilidad de moléculas orgánicas sobre nanopartículas de oro es fundamental para comprender las propiedades electrónicas de nanoestructuras basadas en el autoensamblado de nanopartículas. En las últimas décadas se ha prestado significativa atención en la investigación de moléculas como futuros componentes en dispositivos eléctricos. La electrónica molecular es una buena alternativa ya que  las estructuras electrónicas moleculares propuestas ocupan un área menor a 1000 veces el área que ocupan los dispositivos actuales basados en semiconductores de estado sólido. El grupo tiol se enlaza fuertemente a las nanopartículas de oro y puede ser utilizado como una “ficha cocodrilo” en estructuras construídas entre nanopartículas y ditioles. Por lo tanto la comprensión de los procesos de transporte electrónico a través de estas estructuras requiere un conocimiento detallado de la interacción entre los tiolatos y las nanopartículas. En este trabajo se realiza un estudio mecánico cuántico de la estructura y reactividad de las nanopartículas de Au13, Au19 y Au20 con distintos tioles y ditioles de cadena aromática y alifática. Estas nanopartículas presentan un amplio intervalo de reactividades que se correlaciona con la diferencia de energías entre el HOMO y el LUMO. Esto se manifiesta en energías de adsorción tiolato-nanopartícula que varían desde 35 hasta 75 cal/mol. El enlace tiol-nanopartícula se caracteriza por ángulos C-S-Au bien definidos. Esta direccionalidad del enlace indica que las contribuciones covalentes son preponderantes. La adsorción de tioles sobre las nanopartículas induce una relajación de los átomos metálicos que es muy pronunciada en las nanopartículas más reactivas. En el caso de la nanopartícula de Au13 la estructura octahédrica original se ve totalmente distorsionada cuando se adsorben sobre la misma más de tres tiolatos. En general los tiolatos se enlazan a la nanopartícula formando estructuras de tipo puente entre dos átomos metálicos. La adsorción de las especies moleculares RS-H se produce con una coordinación en la que el átomo de S se ubique sobre un átomo metálico. En la nanopartícula de Au13 el enlace se rompe con una energía de activación muy pequeña es una reacción muy exotérmica (-41 kcal/mol). La reacción de dos RS-H que origina 2 tiolatos y una molécula de hidrógeno sobre la nanopartícula posee un DH de -67 kcal/mol. En la adsorción de tioles aromáticos se investigan los procesos de transferencia de carga con las nanopartículas y la influencia que estos tienen en la estructura electrónica de la molécula orgánica. Se observa que existe una acumulación de densidad de carga en el anillo aromático respecto de la molécula libre.