Группа ученых из Швейцарской высшей технической школы Цюриха синтезировали аэрогель, состоящий из частиц золота и амилоидных фибрилл. Полученный исследователями аэрогель представляет собой структуру на 99,9 объемных процентов состоящую из воздуха. Результаты работы опубликованы в Advanced Materials.

Исследователи получили раствор амилоидных фибрилл кислотным гидролизом β-лактоглобулина, затем добавили к раствору золотохлористоводородной кислоты и гидроборида натрия. В результате реакции соль золота восстанавливается, образовывая частицы различного размера (размер частиц зависит от соотношения кислоты и гидроборида). Затем ученые добавляли к раствору электролит (хлорид натрия), приводящий к образованию гидрогеля. После этого исследователи замещали растворитель, располагающийся в порах геля, на этанол и далее подвергли гидрогель сушке с помощью сверхкритического углекислого газа.

Кусочек аэрогеля, сопоставимый с двадцатикаратным самородком, лежащий на молочной пене. Фотография: Gustav Nyström and Raffaele Mezzenga / ETH Zurich

Золотой аэрогель на глаз сложно отличить от самородка — у него даже такой же металлический блеск. Однако аэрогель является мягким и податливым, поскольку практически целиком состоит из воздуха. Ученые использовали новый метод приготовления модифицированных аэрогелей (когда модификация частицами происходит непосредственно во время формирования структуры), позволяющий получить однородные системы, по некоторым свойствам имитирующие золотые сплавы.

Аэрогель на лепестках цветка. Фотография: Gustav Nyström and Raffaele Mezzenga / ETH Zurich

Аэрогель на ворсинках. Фотография: Gustav Nyström and Raffaele Mezzenga / ETH Zurich

Технология производства предполагает многочисленные возможности изменения структуры аэрогеля за счет изменения формы и размера частиц золота. В случае если вместо микрокристаллических частиц в реакции получаются наночастицы (это происходит, когда восстановитель — гидроборид — берется в избытке), возможно значительное изменение оптических свойств материала: гидрогель меняет свою окраску на темно-красную. Этот эффект обусловлен явлением плазмонного резонанса.

Немодифицированный аэрогель. Фотография: G. Nyström et al. Advanced Materials 2015

Аэрогель с микрокристаллическими частицами золота. Фотография: G. Nyström et al. Advanced Materials 2015

Аэрогель с наночастицами золота. Фотография: G. Nyström et al. Advanced Materials 2015

Ученые предлагают использовать новый золотой аэрогель в качестве катализатора гетерофазных реакций. Каталитическая активность золота в подобных реакциях напрямую зависит от удельной площади поверхности, которая достигает крайне высоких значений для нанопористых структур. Также исследователи показали возможность использования аэрогеля в качестве детектора давления: при нормальном атмосферном давлении частицы золота не соприкасаются между собой, и аэрогель не проводит электричество. Повышение давления приводит к сжиманию структуры и возникновению тока, величина которого связана с приложенным давлением.

Автор: Евгений Анохин