Hvordan bygger man en metal -nanopartikel?

Selvom forskere i årtier har været i stand til at syntetisere nanopartikler i laboratoriet, processen er for det meste trial and error, og hvordan dannelsen rent faktisk foregår er uklar. Imidlertid, en undersøgelse, der for nylig blev offentliggjort i Naturkommunikation af kemiske ingeniører ved University of Pittsburghs Swanson School of Engineering forklarer, hvordan metal nanopartikler dannes.

"Termodynamisk stabilitet af ligandbeskyttede metal-nanokluster" (DOI:10.1038/ncomms15988) blev medforfatter af Giannis Mpourmpakis, adjunkt i kemi og petroleumsteknik, og ph.d. -kandidat Michael G. Taylor. Forskningen, afsluttet i Mpourmpakis 'Computer-Aided Nano and Energy Lab (C.A.N.E.LA.), er finansieret gennem en National Science Foundation CAREER -pris og bygger bro mellem tidligere forskning med fokus på at designe nanopartikler til katalytiske anvendelser.

"Selvom der er omfattende forskning i metal nanopartikelsyntese, der er virkelig ikke en rationel forklaring på, hvorfor der dannes en nanopartikel, "Dr. Mpourmpakis sagde." Vi ville undersøge ikke kun de katalytiske anvendelser af nanopartikler, men for at gøre et skridt videre og forstå nanopartiklens stabilitet og dannelse. Denne nye termodynamiske stabilitetsteori forklarer, hvorfor ligandbeskyttede metal-nanokluster er stabiliseret i bestemte størrelser. "

En ligand er et molekyle, der binder til metalatomer til dannelse af metalkerner, der er stabiliseret af en skal af ligander, og derfor er forståelse for, hvordan de bidrager til nanopartikelstabilisering, afgørende for enhver proces med anvendelse af nanopartikler. Dr. Mpourmpakis forklarede, at tidligere teorier, der beskriver, hvorfor nanokluster stabiliserede sig i bestemte størrelser, var baseret på empiriske elektrontællingsregler - antallet af elektroner, der danner en elektronisk struktur med lukket skal, men vis begrænsninger, da der har været metal nanokluster eksperimentelt syntetiseret, der ikke nødvendigvis følger disse regler.

"Nyheden i vores bidrag er, at vi afslørede, at for eksperimentelt syntetiserbare nanokluster skal der være en fin balance mellem den gennemsnitlige bindingsstyrke for nanoklusterens metalkerne, og bindingsstyrken af ​​liganderne til metalkernen, "sagde han." Vi kunne derefter relatere dette til det strukturelle og sammensætningsmæssige kendetegn ved nanoklusterne, gerne størrelse, antal metalatomer, og antal ligander.

"Nu hvor vi har en mere fuldstændig forståelse af denne stabilitet, vi kan bedre skræddersy nanopartikelmorfologierne og igen egenskaber, til applikationer fra mærkning af individuelle celler og målrettet lægemiddeltilførsel til katalytiske reaktioner, og derved skabe mere effektive og bæredygtige produktionsprocesser. "