Forskere finder nanopartikler med en ejendommelig kemisk sammensætning

Forskere fra Rusland og Kina opdagede et væld af nye og uventede nanopartikler og fandt en måde at kontrollere deres sammensætning og egenskaber på – resultaterne bryder frisk jord i brugen af ​​nanopartikler. Resultaterne af deres undersøgelse blev offentliggjort i Fysisk kemi Kemisk fysik.

Mikroobjekter såsom nanopartikler kan adskille sig fra makroobjekter (krystaller, glas) med hensyn til kemisk sammensætning og egenskaber. De to søjler, som nanoteknologi hviler på, er den brede mangfoldighed af egenskaber, der udvises af nanopartikler af samme materiale, men af ​​varierende størrelse, og evnen til at kontrollere deres egenskaber. Imidlertid, både eksperimentel og teoretisk forskning i nanopartiklers struktur og sammensætning giver store vanskeligheder.

Ved at bruge USPEX evolutionære algoritme udviklet af Artem R. Oganov, professor ved Skoltech og MIPT, forskere fra Kina og Rusland studerede en bred vifte af nanopartikelsammensætninger, og især, undersøgte to klasser af nanopartikler essentielle for katalyse:jern-ilt og cerium-ilt. De opdagede, at de såkaldte "magiske nanopartikler", der viser øget stabilitet, kan have uventede kemiske sammensætninger, for eksempel, Fe ₆ O ₄ , Fe ₂ O ₆ , Fe ₄ O ₁₄ , Ce ₅ O ₆ , og Ce ₃ O ₁₂ . Iltrige nanopartikler, såsom Fe ₄ O ₁₄ , stabil under normale forhold, kan forklare carcinogenicitet af oxidnanopartikler. Forskere har kvantitativt undersøgt, hvordan sammensætningerne varierer ved at ændre temperaturen eller partialtrykket af ilt.

"Stabile nanoklynger kan have mærkelige og uventede kemiske sammensætninger (f.eks. Si ₄ O ₁₈ eller Ce ₃ O ₁₂ ) under normale forhold, mens det for krystaller normalt findes under ekstreme forhold, såsom højtryk, " siger Xiaohu Yu, den første forfatter til dette værk, Lektor ved Shaanxi University of Technology og tidligere medlem af Oganov-laboratoriet i MIPT.

"Det faktum, at nanopartikler har stort set de samme kamme, øer af stabilitet og hav af ustabilitet som atomkerner kom som en overraskelse i denne undersøgelse. Både atomkernen og nanopartiklerne kan beskrives som en klynge af to typer partikler, for eksempel, jern og ilt i vores tilfælde, eller protoner og neutroner i tilfælde af atomkerner. Hvis du tegner et kort og plotter antallet af hver slags atomer i klyngen langs dens akser, du vil se, at størstedelen af ​​stabile klynger danner smalle kamme af stabilitet. Du vil også opdage øer af stabilitet, der er ret nysgerrige fra et kemisk synspunkt. Det er ret tænkeligt, at stabile nanopartikler fungerer som elementære byggesten i krystalvækst – det emne, jeg har været begejstret for siden min skoletid. Hvad angår stabilitetens øer, de store bidragydere til deres undersøgelse var vores berømte akademikere Flerov og Oganesyan, som jeg drømte om at arbejde med, da jeg var barn, " sagde Oganov.