Using two-phase (water–toluene) reduction of AuCl4– by sodium borohydride in the presence of an alkanethiol, solutions of 1–3 nm gold particles bearing a surface coating of thiol have been prepared and characterised; this novel material can be handled as a simple chemical compound.

Stable functionalised gold nanoparticles are prepared by simultaneous reduction of tetrachloroaurate ions and attachment of bifunctional organic thiol molecules to the growing gold nuclei leading to a material whose chemical behaviour is characterised by the vacant functionality of the bifunctional thiol ligand.

Stable nanostructured networks of quantum‐sized particles have been prepared “see Figure” using self‐assembly techniques. Here, two new techniques are reported for the preparation of non‐metallic composite materials comprising nanometersized gold particles self assembled into a 3‐D network by means of organic dithiols magnified image .

Based on protein folding considerations, a pentapeptide ligand, CALNN, which converts citrate-stabilized gold nanoparticles into extremely stable, water-soluble gold nanoparticles with some chemical properties analogous to those of proteins, has been designed. These peptide-capped gold nanoparticles can be freeze-dried and stored as powders that can be subsequently redissolved to yield stable aqueous dispersions. Filtration, size-exclusion chromatography, ion-exchange chromatography, electrophoresis, and centrifugation can be applied to these particles. The effect of 58 different peptide sequences on the electrolyte-induced aggregation of the nanoparticles was studied. The stabilities conferred by these peptide ligands depended on their length, hydrophobicity, and charge and in some cases resulted in further improved stability compared with CALNN, yielding detailed design criteria for peptide capping ligands. A simple strategy for the introduction of recognition groups is proposed and demonstrated with biotin and Strep-tag II.

A novel strategy to direct the oxygen reduction reaction to preferentially produce H2O2 is formulated and evaluated. The approach combines the inertness of Au nanoparticles toward oxidation, with the improved O2 sticking probability of isolated transition metal "guest" atoms embedded in the Au "host". DFT modeling was employed to screen for the best alloy candidates. Modeling indicates that isolated alloying atoms of Pd, Pt, or Rh placed within the Au surface should enhance the H2O2 production relative to pure Au. Consequently, Au1–xPdx nanoalloys with variable Pd content supported on Vulcan XC-72 were prepared to investigate the predicted selectivity toward H2O2 production for Au alloyed with Pd. It is demonstrated that increasing the Pd concentration to 8% leads to an increase of the electrocatalytic H2O2 production selectivity up to nearly 95%, when the nanoparticles are placed in an environment compatible with that of a proton exchange membrane. Further increase of Pd content leads to a drop in H2O2 selectivity, to below 10% for x = 0.5. It is proposed that the enhancement in H2O2 selectivity is caused by the presence of individual surface Pd atoms surrounded by gold, whereas surface ensembles of contiguous Pd atoms support H2O formation. The results are discussed in the context of exergonic electrocatalytic H2O2 synthesis in Polymer Electrolyte Fuel Cells for the simultaneous cogeneration of chemicals and electricity, the latter a credit to production costs.

Self-assembled multilayer thin films consisting of alternating layers of ∼6-nm Au nanoparticles and α,ω-dithiols have been prepared on glass substrates. They have been studied by UV/Vis spectroscopy, ellipsometry, scanning tunneling microscopy, and temperature-dependent conductivity measurements. The electronic and optical properties of the thin film material are nonmetallic, and the Au particles maintain their individual character without fusion to larger units. Electronic conduction within the films occurs via activated electron hopping.

Spontaneous formation of stable molecular wires between a gold scanning tunneling microscopy (STM) tip and substrate is observed when the sample has a low coverage of alpha,omega-dithiol molecules and the tunneling resistance is made sufficiently small. Current-distance curves taken under these conditions exhibit characteristic current plateaux at large tip-substrate separations from which the conductivity of a single molecule can be obtained. The versatility of this technique is demonstrated using redox-active molecules under potential control, where substantial reversible conductivity changes from 0.5 to 2.8 nS were observed when the molecule was electrochemically switched from the oxidized to the reduced state.