Quantum chemical studies of the reactivity of gold nanoparticles towards molecular radicals

Abstract: Kvantkemiska studier av reaktiviteten hos guldnanopartiklar Au3-Au11 och Au13 mot O- centrerade molekylradikaler OH , OOH , OCH3   och H2O undersöks. Olika molekylära ytegenskaper tas med i beräkningen, elektrostatiska ytpotentialen, den genomsnittliga lokala joniseringsenergin, electron attachment energy och spinndensiteten (VS(r), IS(r), TS(r), ES(r) och S(r)). De erhållna resultaten gäller slutna och öppna skalsystem. Där system med slutna skal bildas från växelverkan mellan en guldklusterradikal och en fri radikal, och system med öppna skal bildas från växelverkan mellan ett jämnt antal guldatomer med en fri radikal. För system med slutna skal Aux-R (där x = 3, 5, 7, 9 eller 11 och R är en O-centrerad radikal) finns det en övergripande trend av bindningsenergin gentemot ES(r), vilket återspeglar elektrofilictiten hos guldnanopartiklar. Multivariata modeller visar vidare hur de olika parametrarna korrelerar gentemot varandra för system med slutna skal.För strukturerna Aux-R (där x=3-11) medl ägst bindningsenergi, dvs. inklusive både slutna och öppna skalsystem, är den tydligaste trenden bindningsenergi vs minimum i ES(r) och parametern TS(r). Vid jämförelse av resultaten av interaktionerna med de fria radikalerna med H2O är trenden alltid tydligast för H2O. I linje med tidigare studier finns det även en korrelation av bindningsenergierna med VS,max och ES,min för H2O. Slutligen sträcker sig trenden med bindningsenergi vs ES,min vidare till systemet som innehåller den icke-plana Au13-strukturen. Denna studie visar kopplingen mellan reaktiviteten hos guldnanopartiklar mot fria radikaler till den lokala ES(r), samtidigt som bidraget från andra ytegenskaper visas. Detta kan vara av betydelse för fortsatta studier kring naturen av interaktioner av guldnanopartiklar.