Verpak puur brons in natrium of kalium, stook het warm en je krijgt unieke nanodeeltjes of nanobuisjes. Interessant als katalysatoren of als moleculaire stroomdraadjes, denkt anorganicus prof. Thomas Faessler van de Technische Universität München.

Het meest wonderlijke is wellicht dat er vijfvoudige symmetrie in zit, een verschijnsel dat binnen de kristallografie zò zeldzaam is dat Dan Shechtman er vorig jaar een Nobelprijs mee verdiende.

Zoals bekend is brons een legering van koper en tin. Wanneer je diat mengsel laat stollen, vormt zich normaal gesproken een kristalrooster waar allebei die atoomsoorten regelmatig over worden verdeeld.

Faessler en promovendus Saskia Stegmaier hebben nu een heel zuivere kwaliteit brons gemaakt, in een argon-atmosfeer zodat er geen zuurstof of vocht bij kon komen. Ze verpakten dat materiaal in kalium of een ander alkalimetaal. Die combinatie stopten ze weer in een hittebestendige ampul van tantaal, die ze vervolgens verwarmden ampul tot zo’n 800 graden.

En toen bleken er gekke dingen te gebeuren. Het alkalimetaal vrat zich naar binnen in het kristalrooster, dat hierdoor werd opgedeeld in clusters van een beperkt aantal atomen. En omdat de structuur van die clusters zichzelf niet oneindig hoefde te repeteren, zoals in het oorspronkelijke rooster, kon het een structuur worden die zichzelf ook niet kòn repeteren. Bijvoorbeeld eentje met vijfvoudige symmetrie, net als bij Shechtmans quasikristallen.

Het eerste resultaat verscheen in september 2011 in JACS. Er bleken clusters te zijn gevormd van één tin-atoom, omringd door een dodecaëder van 12 koperatomen, met daaromheen weer een icosaëder van nog eens 20 tin-atomen. Het alkali zit er omheen en houdt de clusters uit elkaar; de overall-formule is zoiets als K12Cu12Sn21.

Faessler was er als de kippen bij om de vergelijking te trekken met Russische matroesjka-poppetjes.

Hij hoopt deze techniek te kunnen gebruiken om katalysatordeeltjes te maken met een extreem regelmatige structuur en een extreem groot specifiek oppervlak. Voorwaarde is dan wel dat het ook lukt met andere metalen, bijvoorbeeld kobalt.

De volgende ontdekking is zojuist door Angewandte Chemie online gezet. In plaats van bolletjes blijk je ook draadjes te kunnen krijgen: een kern die bestaat uit een sliert tin-atomen, ook weer met eerst koper en dan opnieuw tin er omheen. Er zit opnieuw vijfvoudige symmetrie in; de formule is zoiets als Na2.8Cu5Sn5.6.

Wordt ongetwijfeld vervolgd.

bron: TU München

Onderwerpen