Alleen clusters van precies vier zilveratomen kunnen licht geven als je ze opsluit in de poriën van een zeoliet. En kwantumchemisch gezien is dat achteraf niet zo’n wonder, suggereren Leuvense onderzoekers deze week in Science.

Dát gekooide zilverclusters werken als kwantumdots en licht kunnen geven, viel al eerder op. Door de chemische opbouw van de zeoliet te variëren kun je de kleur instellen: met uv-licht als energiebron is het hele spectrum van blauw tot nabij-infrarood te creëren. Bovendien blijkt de constructie uiterst stabiel. Een mix die monochroom blauw ledlicht omzet in warm wit, zou je kunnen verwerken in ledlampen ter vervanging van de huidige chemische golflengte-omzetters die minder efficiënt zijn.

Maar het is lastig om in zo’n zeoliet te kijken teneinde vast te stellen hoe groot die clusters zijn.

Didier Grandjean, Peter Lievens en collega’s zijn daar nu toch in geslaagd met extended X-ray absorption fine structure (EXAFS) waarbij de röntgenstraling uit het ESRF-synchrotron in Grenoble kwam. Als detectiemethode gebruikten ze daarbij X-ray excited optical luminescence (XEOL), een techniek die garandeert dat je alleen atomen ‘ziet’ die daadwerkelijk bijdragen aan het lichteffect.

Als zeoliet diende sodaliet, dat samen met zilverclusters een groene kleur geeft. En de metingen maken duidelijk dat dit licht uitsluitend afkomstig is van Ag₄(H₂O)_x-clusters. Daarbij is X in 66 % van de gevallen gelijk aan 2; bij de overige 34% is het 4, en is de golflengte iets anders. Andere formaten doen niets.

Die vier zilveratomen vormen samen een tetraëder die je volgens Lievens kunt beschouwen als een ‘superatoom’, dat zich gedraagt als één groot atoom voor zover het de elektronenwolk betreft. Die wolk overlapt met die van de omringende zuurstofatomen (met name die van het water) en excitatie houdt in dit geval in dat elektronen overspringen naar elkaars vrije orbitalen.

Theoretische berekeningen maken achteraf duidelijk dat dit kan kloppen.

bron: KU Leuven