Sommerfugleformet palladium subnano-klynge bygget i 3-D

Miniaturisering er fremskridts kodeord. Nanovidenskab, studere strukturer på skalaen af ​​nogle få atomer, har været på forkant med kemien i nogen tid nu. For nylig, forskere ved University of Tokyo udviklede den nye strategi til at konstruere metalaggregater i undernanostørrelse, opbygning af små metalklynger til større 3D-arkitekturer. Deres kreationer kunne have reel industriel værdi.

Nanochemistry tilbyder en række klassiske designformer, såsom terninger, stænger, ledninger og endda "nanoflakes, " alle bygget af atomklynger. Holdet ved Uni Tokyos Institut for Industrividenskab (IIS) bygger nanoplader af ædelmetallet palladium (Pd). I en ny undersøgelse, de trådte disse 2-D byggeklodser ind i et karakteristisk 3-D design.

En smart måde at lave nanoark på er at bruge skabeloner - organiske molekyler, der fungerer som en ramme for metalatomerne. Bevæger sig ud over rene organiske skabeloner, IIS-teamet brugte et organosilicium, et molekyle baseret på tre siliciumatomer, at konstruere et bøjet eller "sommerfugleformet" ark af fire Pd-atomer. Disse metaller blev stabiliseret ved binding med benzenringe, der dinglede fra silikonerne.

"Ser man på strukturen af ​​Pd ₄ molekyle, vi så potentialet til at forbinde flere ark af denne art sammen gennem kemiske linkere, " siger Kento Shimamoto, medforfatter til undersøgelsen i Kemi - Et europæisk tidsskrift . "Med den rigtige skabelon, vi ræsonnerede, vi kunne udvide dimensionaliteten af ​​vores klynge fra et 2-D ark til den tredje dimension."

Opbygning af stabile nanoklynger, selv i 2D, er ikke let på grund af manglen på de passende skabelonmolekyler, der skubber metalarten tæt på hinanden. Imidlertid, metalcentre kan forbindes stabilt sammen og samtidig opretholde en behagelig afstand ved brug af brodannende atomer som klor. De resulterende klynger har ofte unikke kemiske egenskaber som følge af metal-metal-interaktioner.

Holdet valgte derfor en ny organisk siliciumskabelon med to kloratomer, der erstatter en del af den organiske region. At reagere palladiumkilden med denne nye skabelon producerede ikke et 2-D ark, men en 3-D klynge indeholdende seks Pd-atomer. Metallerne dannede tilsyneladende et par Pd ₄ tetraedre (deler to atomer), brobygget af klor, hvilket tvang Pd-atomerne tæt nok til at binde sig til hinanden.

"3D sub-nanoclusters har et reelt potentiale som katalysatorer og funktionelle materialer, " siger hovedforfatter Yusuke Sunada. "Men deres funktion afhænger stærkt af præcis kontrol af deres form. Organosiliconer er let tilgængelige, og tilbyde en platform til at designe forskellige arkitekturer, forbinder flere klynger til større molekyler på en industrielt gennemførlig måde."