Atomisk præcise ædelmetal nanoklynger

Ædelmetal nanopartikler, såsom guld og sølv, er velkendte inden for forskningsområdet katalyse og biomedicinske anvendelser. For eksempel, guld og sølv nanopartikler kan være gode katalysatorer for forskellige kemiske transformationer, såsom hydrogenering og oxidation. De kan også bruges til bioimaging, og som lægemiddelbærere og radiosensibilisatorer i cancerterapi på grund af deres optiske egenskaber og biokompatibilitet. Sølv nanopartikler er blevet bredt undersøgt og brugt i kommercielle produkter for deres antimikrobielle aktivitet over for et bredt spektrum af mikroorganismer.

De har nogle begrænsninger, selvom. Bedre molekylær-skala indsigt i deres adfærd er vanskelig på grund af deres varierende størrelser i den spredte fase. Takket være fremskridtene inden for nanovidenskab og nanoteknologi, forskellige nye nanomaterialer er blevet produceret med interessante fysisk-kemiske egenskaber, der gavner et utal af anvendelser. Dette inkluderer ultrasmå metal nanoclusters (størrelse <2 nm), som kan opnås med høj ensartet partikelstørrelse i den dispergerede fase, høj atomær præcision og ensartet molekylær struktur. Forskellige guld nanoclusters er blevet produceret, krystalliseret og karakteriseret. En af de mest intensivt undersøgte er atomisk præcise thiolatbeskyttede guldnanoklynger. Der er flere guld nanoclusters, der er blevet rapporteret. Blandt dem thiolat-beskyttet Au ₂₅ SR ₁₈ NC'er er de mest intensivt undersøgte. Den molekylære forståelse af Au ₂₅ SR ₁₈ NC'er er blevet veletableret ved at bruge røntgenkrystallografi, elektrospray ioniseringsspektroskopi, molekylær dynamik og tæthedsfunktionsteoretiske analyser.

Generelt, de fysisk-kemiske egenskaber af guld-nanoklynger er forskellige fra deres modstykker til nanopartikler på grund af deres ultrasmå størrelse ( <2 nm og <150 guldatomer), gør dem mere reaktive, med et højere forhold mellem overfladeareal og volumen og højere atomudnyttelse. Det betyder, at det mere guldatom kan udnyttes effektivt. Den ultralille størrelse bidrager også til kvanteindeslutningseffekter. I modsætning til plasmon guld nanopartikler, som har kontinuerlige eller semi-kontinuerlige energiniveauer, guld nanoklynger har en karakteristisk diskret elektronisk struktur og molekylærlignende egenskaber, såsom forbedret fotoluminescens, indre magnetisme, indre chiralitet og diskret redoxadfærd. Også, de fysisk-kemiske egenskaber ved guldnanoklynger er mere størrelses- og atomafhængige end guldnanopartikler, som har en kollektiv karakter. Derfor, disse egenskaber kan tunes bemærkelsesværdigt ved ligand og metal engineering. Eksempler på ligand engineering omfatter variation af antallet og sammensætningen af ​​ligander, og modifikation af ligandtyper, længde og funktionsgrupper. Metalteknik kan involvere varierende metalantal og sammensætning. Disse strategier er nyttige til konstruktion af ligand-beskyttede guld nanoclusters.

IIUM-forsker Dr. Ricca Rahman Nasaruddin har arbejdet på Au ₂₅ SR ₁₈ NC'er for katalyse siden hendes doktorgradsstudie og har etableret en molekylær forståelse af liganders roller i katalytisk tilgængelighed, aktivitet, reaktionsvej og reaktionsmekanisme. I øjeblikket, hun og hendes kolleger arbejder på at forbedre stabiliteten af ​​metal-nanocluster-katalysatorerne ved at immobilisere dem på adskillige støttematerialer, som kan fås fra landbrugs- og produktionsaffald. For eksempel, immobiliserede guldnanoclusters på kitin ekstraheret fra rejeskalaffald har forbedret genanvendeligheden af ​​guldnanoclusterkatalysatorerne i 4-nitrophenolhydrogenering i opløsning sammenlignet med frie guldnanoclustere, som ikke kan genvindes efter den katalytiske reaktion.

"Nanoklynger af legeret guld og sølv har bedre antimikrobielle aktiviteter sammenlignet med de enkelte guld- og sølvnanoklynger, " siger Dr. Ricca Rahman Nasaruddin.

De arbejder også på at producere guld-sølv legering nanoclusters beskyttet af glutathion til antimikrobielle applikationer. Disse nye legerede nanomaterialer kan yderligere bruges i forskellige antimikrobielle applikationer såsom sårforbindinger og desinfektionsmidler. Ud over, de legerede guld-sølv nanoclusters viser også fotoluminescerende egenskaber, der kan studeres yderligere til teranostiske applikationer. Nasaruddins forskerhold undersøger også potentialet for guldnanoclusters i udviklingen af ​​diagnostik og nanokosmetik.