最薄黃金問世，厚度僅為指甲百萬分之一，產業應用前景廣泛

黃金，因其良好的延展和可鍛性，可以打造出極薄且易於捲起的金箔。由於黃金本身的價值，以及加工後色澤金黃璀璨、光亮潤澤柔軟，在古代，金箔常被用來在廟宇和皇宮的建築上做裝飾。

一盎司的黃金（約 28 克）可錘鍛至厚度約 76 納米，面積近 10 平方米大。在明朝時期，宋應星在《天工開物》中就有所記載：「凡金箔每金七厘造方寸金一千片，粘鋪物面，可蓋縱橫三尺。」

如今，工藝早已有質的飛躍。英國利茲大學（University of Leeds）的科學家們最近就創造出了一種只有兩個原子厚度的新型黃金——這也是有史以來最薄的黃金。研究人員測量出黃金的厚度為 0.47 納米，僅為人類指甲厚度的百萬分之一。

這種新型的超薄黃金被認為是二維材料的一種，因為它僅由兩層原子疊加而成。它所有的原子都是表面原子——表面之下沒有隱藏的「大塊」原子。它可以廣泛應用於醫療設備和電子工業，也可以作為新的高效催化劑，加速工業過程中的許多化學反應。

這項「超薄金」研究近日發表在Advanced Science雜誌上。論文的第一作者、利茲大學物理系和利茲醫學研究所研究員葉孫潔（Sunjie Ye）博士表示：「這項工作是一個里程碑式的成就。」

圖 | 葉孫潔與同事在實驗室（來源：利茲大學/葉孫潔）

「超薄金」是如何煉成的

葉孫潔在回答 DeepTech 提問時表示，此次「超薄金」的發現，在製造方法上十分創新，水相常溫一步合成，方法簡便節能的同時成本較低，並且環境友好。「這樣，我們的超薄金在產業化的角度就有非常好的前景。」葉孫潔說。

「超薄金」是在水溶液中合成的。首先將HAuCl4（四氯金酸）和Na3C6H5O7（檸檬酸鈉）的水溶液依次加入到溫度為 20℃ 的 MO（鉬，0.21×10-3m）水溶液中。然後讓所得到的混合溶液在該溫度下保持靜止（不受外界干擾）12 小時。再通過離心收集反應產物，然後用 Milli-Q 水（超純水）洗滌數次直至上層清液變為無色。

圖 | 「超薄金」的合成路線圖 （來源：Advanced Science）

最後，將離心的顆粒會很容易地再分散到 Milli-Q 水中，用於進一步表徵。可以觀測到，由於金的納米尺寸，它在水中呈現綠色——考慮到它的形狀，研究人員也將其戲稱為「金納米雜草」。

圖 | 電子顯微鏡拍攝的圖像：人工著色的「金納米雜草」照片 （來源：Advanced Science）

圖 | 電子顯微鏡拍攝的圖像：揭示了金原子是如何形成一個高度有序的晶格結構的（來源：Advanced Science）

當然，從含金元素的無機物氯金酸開始，反應都是在一種「約束劑」的存在下而促成的，它使金元素被還原成金屬形式。這種「約束劑」是一種化學物質，它是促使黃金形成一張只有兩個原子厚的薄片的真正原因。

「這不僅開啟了在現有技術中更有效地利用黃金的可能性，還為材料學家開發其他二維金屬提供了一條新途徑。」葉孫潔說，「這是一種可以創新納米材料製造工藝的方法。」

優異的催化效率及產業化發展

研究團隊通過實驗測試表明，這種「超薄金」作為催化劑基質的催化效率是目前使用的金納米顆粒的10 倍。同時，領域內科學家還認為，這種新材料還可以作為人工酶的基礎，用於快速的醫療診斷測試和凈水系統。

作為領導這項研究的利茲分子和納米研究小組的負責人，Stephen Evans 教授認為，這種 「超薄金」在催化相關領域獲得可觀收益的原因，主要在其擁有非常高的表面積與體積比。

他說：「黃金是一種非常有效的催化劑。由於新製成的金納米薄片非常薄，幾乎每個金原子都可以參與催化。這就意味著整個過程會非常高效。」

從工業生產角度考慮，Stephen Evans 表示，研究團隊通過實驗數據得到的結果——在工業生產中可以通過使用更少量的黃金而獲得同樣的效果，這樣當人們是在討論一種貴金屬的時候，就會有很大的經濟優勢。

此外，研究團隊還進行了其他相關基準測試，結果顯示該「超薄金」還可以作為高效的人工酶，有助於醫療診斷。同時，這種薄片還具有良好的柔韌性，這意味著它可以成為可彎曲屏幕、電子墨水和透明導電顯示屏的電子元件的基礎成分。

葉孫潔對 DeepTech 表示，這項研究十分貼近產業，雖然可觸及的產業方向比較多，但最為接近的也是他們正在接觸的，還是催化相關領域。至於在醫療設備和電子元件等領域的發展，她表示這部分內容會涉及專利及其保密條例，不方便具體回答。

或成二維材料家族的重要一員

二維材料的概念是伴隨著 2004 年曼徹斯特大學的 Geim 小組用微機械剝離法成功從石墨中分離出單原子層的石墨材料——石墨烯（graphene）而提出的。

自從2010年 Andre Geim 和 Konstantin Novoselov 因此共同獲得了諾貝爾物理學獎之後，科學家和產業界對石墨烯就開始了狂熱的追逐。

在追逐石墨烯的同時，一大批石墨烯之外的二維材料也被相繼開發出來。隨後，其具有的諸多令人矚目的物理、化學性質引起了材料科學家的廣泛關注，同時它的機械和電子特性使其在柔性電子領域具有廣闊的應用前景。

Stephen Evans 認為，對於他們製成的這種二維「超薄金」材料，人們會不可避免地將其與有史以來的第一個二維材料——石墨烯進行比較。

他說：「將任何一種新材料轉化為工作產品都需要很長時間，你不能強迫它做你想做的一切。有了石墨烯，人們認為它可以用於電子產品、透明塗層，或者作為碳納米管。由於石墨烯超強的強度，它甚至可以作為電梯將我們送入太空。」

「但是這些想法都需要時間，」Stephen Evans 說，「我認為對於二維超薄金，我們已經有了一些非常明確的想法，關於它在哪裡可以被使用，特別是在催化反應和酶反應中。我們知道這將比現有技術更有效，所以我們相信人們會有興趣和我們一起開發。」

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參考：

https://www.sciencedaily.com/releases/2019/08/190806083349.htm

http://www.leeds.ac.uk/news/article/4456/scientists_create_the_worlds_thinnest_gold

坐標：北京·國貿

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