Atomisk præcis nanocluster kan give ny retning for nanokatalysatorer

En unik nanocluster af kobberatomer skabt af KAUST-forskere kunne tjene som en køreplan til at guide udformningen af ​​nye katalysatorer og billeddannende midler.

En nanocluster er en type nanopartikel, hvori forskere har udpeget det præcise arrangement af hvert atom, sammen med deres bindingslængder og bindingsvinkler. Denne detaljerede information gør det muligt for forskere at forudsige egenskaberne af relaterede klynger, baseret på deres sammensætning og strukturer. "Det giver en praktisk model til at forstå de iboende sammenhænge mellem struktur og fysisk-kemiske egenskaber gennem en kombination af eksperimenter og teoretiske beregninger, " siger Ren-Wu Huang fra KAUST Catalysis Center, en del af teamet bag den nye opdagelse.

Nanoklynger er typisk 1-3 nanometer brede og organiseret i en kerne og en skal. Kernens atomare struktur kan bestemme nanoclusterens struktur, størrelse og optiske egenskaber, mens skallen påvirker dens stabilitet, opløselighed og katalytisk aktivitet.

Nanoklynger indeholdende kobber, sølv og guld har potentielle anvendelser som katalysatorer, eller som ikke-toksiske selvlysende billeddannende midler i levende celler. Selvom sølv og guld nanoklynger er godt undersøgt, kobbernanoklynger er blevet ret forsømt, dels fordi metallet har en tendens til at reagere med ilt i luften.

KAUST-teamet har nu skabt den største kobberbaserede nanocluster til dato, og de studerer det med en række teknikker, herunder røntgenkrystallografi og elektrosprayioniseringsmassespektrometri. Hver 2,8 nanometer bred klynge indeholder 81 kobberatomer, 46 benzenthiol molekyler, 10 tert-butylaminmolekyler og 32 hydridioner.

Nanoclusters har generelt polyedriske kerner omgivet af symmetriske skaller. Men den nye kobber nanocluster har en flad kerne på 17 kobberatomer, arrangeret i et gentaget mønster af trekanter. "Denne form for plan kerne er aldrig blevet observeret i tidligere rapporterede metal nanoclusters, " siger Osman M. Bakr, der ledede holdet.

Nanoclusteret har også en højst usædvanlig halvkugleformet skal, der er 1,5 nanometer høj og dækket af benzenthiolmolekyler. Forskelle mellem de buede og flade overflader af halvkuglen tyder på, at den flade flade har en højere reaktivitet. Ud over, beregningsmæssige beregninger gav bevis for, at arrangementet af disse molekyler kunne bidrage til at lette overførslen af ​​elektrisk ladning mellem forskellige klynger i en krystal, hvilket kan vise sig at være afgørende i fremtidige ansøgninger.

"Udviklingen af ​​kobbernanoklynger er stadig i sin vorden, " siger Huang. "Derfor, den næste fase af vores forskning vil være syntesen af ​​kobber nanoclusters med en større størrelse og ny struktur, og udforske deres potentielle anvendelser inden for katalyse."