Kullakarva goldeen on grafeeni sugulane. Süsinikust koosnev aatomipaksune materjal grafeen avastati 2004. aastal. Sealt peale on teadlased leidnud sadu sarnaseid n-ö kahemõõtmelisi materjale, vahendab Nature News. 

Just metallidest on aga udupeeneid aineid toota väga keeruline. Nimelt kipuvad metalliaatomid koonduma pigem kobarasse ja moodustama nanoosakesi. Varem on teadlased valmistanud imeõhukesi tina- ja pliilehti, mis sadestati mõne muu materjali peale. Samuti on varasemalt loodud muude materjalide vahele pressitud kuldlehti.

Nüüd teatab rühm Linköpingi Ülikooli teadlasi, et goldeeni näol valmistasid nad teadaolevalt esimese vabaltseisva kahemõõtmelise metalli. Nad kirjutavad, et goldeeni valmistamiseks kasutatud keemiline meetod on lihtne ja seda peaks saama üle kanda laiemasse tööstustootmisse.

Aastal 2022 teatasid Abu Dhabi New Yorgi Ülikooli (NYUAD) teadlased samuti goldeeni valmistamisest. Linköpingi Ülikooli töörühma sõnul koosnes aga Dubai teadlaste goldeen elektronmikroskoobiga tehtud kujutiste ja muude andmete põhjal siiski ilmselt mitmest aatomikihist. NYUAD-i teadlastelt Nature'il selle kohta kommentaari saada ei õnnestunud.

Kuldaeg

Uue töö autorid võtsid goldeeni valmistamiseks esmalt ette materjali, kus titaankarbiidi kihtidega vaheldumisi leidus üksikuid aatomipaksusi ränikihte. Töörühm kattis võileiba meenutava materjalitüki kullakihiga. Seepeale imbus kuld aine sisse ja vahetas räniga koha. Nüüd olid titaankarbiidi vahel lõksus aatomipaksused kullakihid.

Kui töörühm siis titaankarbiidi ära söövitas, jäidki alles eraldiseisvad goldeenilehed. Uuringu ühe autori ja Linköpingi Ülikooli materjaliteadlase Lars Hultmani sõnul olid lehed kuni 100 nanomeetr pikkused. Ühtlasi olid need umbes 400 korda õhemad kõige õhemast praegu müügis olevast kuldlehest.

Söövitamiseks kasutasid töö autorid Murukami reagendi nime all tuntud leeliselise kaaliumferritsüaniidi lahust. Hultmani sõnul põhines lahus sajandivanusel Jaapani seppade retseptil, mida viimased kasutasid raudsepististe kaunistamiseks. Töörühm lisas reaktsiooni ka pindaktiivsete ainete molekule, millest moodustus goldeeni ümbritsevast vedelikust eraldav kaitsekiht. Nii ei kleepunud üksikud goldeenilehed üksteisega kokku.

Töörühma sõnul võiks goldeen kuluda marjaks ära kohtades, kus kulla nanoosakesed annavad juba paljulubavaid tulemusi. Kulla nanoosakese pinna elektronimeres võib valgus vallandada laineid, mis võivad omakorda valgusenergiat kanaldada ja koondada.

Niivõrd tugevat vastust valgusele on teadlased juba ära kasutanud kullast fotokatalüsaatorites – näiteks saab selliste katalüsaatorite abil lagundada vee molekule vesiniku tootmiseks. Lars Hultmani sõnul võiks goldeen pakkuda sellistes protsessides uusi võimalusi. Esmalt tuleks uue kuldmaterjali omadusi aga lähemalt tundma õppida.

Uuringuga mitte seotud Cardiffi Ülikooli keemiku Graham Hutchingsi sõnul on Rootsi töörühma uuring väga huvitav. Teisalt muretseb Hutchings, et ka väikseim Murukami reagendi jääk võib nurjata goldeeni kasutuselevõtu katalüsaatorina. Eeskätt pelgab ta kuldlehe saastumist rauaga.

Nüüd otsibki töörühm paremaid võimalusi goldeeni väljasõelumiseks reaktsioonilahusest. Ühtlasi proovivad nad luua suuremaid materjalilehti. Viimaks huvitab töörühma seegi, kas nende meetodil saaks valmistada monokihte muudestki keemilisi reaktsioone kiirendavatest metallidest, näiteks iriidiumist, plaatinast ja pallaadiumist.

Teadustöö avaldati ajakirjas Nature Synthesis.