Arbejder på grænsen til nanopartikelforskning

Et felt, der studerer noget meget småt, er ved at blive meget stort:​​I det sidste årti, feltet for nanopartikelforskning er eksploderet. På omkring en nanometer i størrelse, nanopartikler er 100, 000 gange mindre end bredden af ​​et hårstrå og ikke kan ses med det blotte øje, men forskere opdager bred anvendelse af dem inden for områder lige fra bioimaging til energi og miljø.

Arbejder i denne skala, det er svært at være præcis; imidlertid, Computer-Aided Nano and Energy Lab (CANELa) ved University of Pittsburgh's Swanson School of Engineering fremmer feltet, modellering af metalnanoklynger, der er atomisk præcise i strukturen. En artikel, der fremhæver deres arbejde og dets indflydelse på området for nanopartikler, er vist på forsiden af ​​det seneste nummer af Dalton-transaktioner .

"En stor fordel ved disse meget små systemer er, at ved at kende deres nøjagtige struktur, vi kan anvende meget nøjagtig teori, " sagde Giannis "Yanni" Mpourmpakis, Bicentennial Alumni Faculty Fellow og lektor i kemiteknik, der leder CANELa. "Med teori kan vi så undersøge, hvordan egenskaber af nanoclusters afhænger af deres struktur."

Ligand-beskyttede metal nanoclusters er en unik klasse af nanomaterialer, der nogle gange omtales som "magisk størrelse" nanoclusters på grund af deres høje stabilitet, når de har specifikke sammensætninger. Et af de vigtigste fremskridt, deres laboratorium har gjort til marken, med støtte fra National Science Foundation, er ved at modellere det specifikke antal guldatomer stabiliseret af et specifikt antal ligander, på overfladen.

"Med større nanopartikler, forskere kan have et skøn over, hvor mange atomer der findes på hver struktur, men vores modellering af disse nanoclusters er nøjagtig. Vi kan skrive den præcise molekylære formel, " forklarede Michael Cowan, kandidatstuderende i CANELa og hovedforfatter på artiklen. "Hvis du kender den nøjagtige struktur af små systemer, kan du skræddersy dem til at skabe aktive steder til katalyse, hvilket er det, vores laboratorium fokuserer mest på."

Forudsigelse af nye legeringer og tidligere uopdagede magiske størrelser er det næste skridt, som feltet – og laboratoriet – bliver nødt til at tackle. Laboratoriet bruger beregningskemiske metoder til at modellere kendte nanoklynger, men at skabe en komplet database med nanocluster-struktur, egenskabs- og synteseparametre vil være det næste skridt til at anvende maskinlæring og skabe en forudsigelsesramme.

Frontier-artiklen, med titlen "Mod at belyse strukturen af ​​ligand-beskyttede nanoclusters, " blev offentliggjort i tidsskriftet Dalton-transaktioner af Royal Society of Chemistry og blev forfattet af Cowan og Mpourmpakis.