الهيدروجين على جسيمات الذهب النانوية المعلقة

لجسيمات الذهب النانوية المعلقة (AuNPs) تطبيقات علمية وتكنولوجية متعددة، لكن كيميائها الأساسية المتعلقة بتفاعل الأكسدة والاختزال لم تُستكشف بشكل كاف. تم الإبلاغ هنا عن دراسات المعايرة لتفاعلات الأكسدة والاختزال لجسيمات AuNP المائية، والتي تُظهر أن AuNPs ترتبط بغاز الهيدروجين بشكل كبير (إلكترونات + بروتونات) تحت ظروف معتدلة. تم تقليل جسيمات AuNP البالغ قطرها 5 نانومتر بنفس الدرجة باستخدام المواد المختزلة مثل البوروهيدريدات إلى H2، وتم إعادة أكسدة الجسيمات إلى حالتها الأصلية بشكل أساسي بواسطة المواد المؤكسدة، بما في ذلك O2. تم مراقبة التفاعلات عبر القياس الضوئي لتذبذب البلازمون السطحي (SPR)، والذي أظهر حساسية أكبر بكثير للهيدروجين السطحي مقارنةً بالتغيرات في ظروف المحلول. حدثت التخفيضات باستخدام H2 دون تغيرات في درجة الحموضة، مما يُظهر أن الهدرجة تُشكل هيدروجين سطحي بدلاً من إطلاق H+. اقترحت الدراسات الحاسوبية أن تحويلاً لونيًا نحو الأزرق كان متوقعًا عند إضافة ذرة الهيدروجين، بينما من المحتمل أن إضافة الإلكترون فقط كانت ستسبب تحويلًا لونيًا نحو الأحمر. أظهرت المعايرات تغيرًا أقصى متسقًا في حالة الأكسدة والاختزال لجسيمات NPs البالغة 5 نانومتر، بغض النظر عن الكاشف، مما يتوافق مع 9% من إجمالي الذهب أو ~30% من تغطية سطح الهيدروجين (~370 H لكل AuNP). أظهرت الجسيمات الأكبر حجمًا تغطيات سطحية أقصى أقل. نستنتج أن الهيدروجين يرتبط بالمواقع الحادة والزوايا وعيوب الجسيمات AuNP، مما يفسر الحد الاستيوكي و تأثير الحجم. إن العثور على هيدروجين كبير ومستقر على سطح AuNP تحت ظروف مختزلة معتدلة له دلالات محتملة لمختلف تطبيقات AuNP في البيئات المختزلة، من الحفز إلى الطب الحيوي. يتناقض هذا الاكتشاف مع سلوك الذهب الكتل ومع المنظور الإلكتروني التقليدي في هذا المجال.