Nanoclusters med en kobber-brint-kerne giver ny struktur-aktivitetsindsigt

Kobber nanomaterialer med en kubisk form så perfekt, at de danner pænt afstemte stakke, når de bringes sammen, er blevet skabt af forskere ved KAUST. De kubiske nanoklynger af kobber, udviklet af rationelt design, er et nyt medlem af en eksotisk nanomaterialefamilie, der har vist mange lovende egenskaber, men som er forblevet meget svære at lave.

"Kobber nanomaterialer er en klasse af materialer, der udviser nyttige egenskaber til områderne fotoluminescens og katalyse, " siger Ren-Wu Huang, en postdoc i Osman Bakrs laboratorium, der ledede forskningen. Der er stor interesse for at syntetisere nye kobbernanomaterialer for at forstå, hvordan deres struktur påvirker deres funktion.

Kobber nanoklynger, som er af en atomisk præcis struktur, er blandt de få kobbernanomaterialer, der kan give en sådan indsigt på atomniveau, fordi deres samlede struktur kan bestemmes ved enkeltkrystal røntgendiffraktion. "Imidlertid, syntesen af ​​kobbernanoklynger er stadig en stor udfordring, og dens udviklingshastighed er langsom sammenlignet med nanoklynger lavet af dens søstermetaller, sølv og guld, " tilføjer Huang.

I deres seneste arbejde, holdet havde til formål at lave en hydrogenrig polyhydrido kobber nanocluster (PCN). "For at skabe de kubiske nanoklynger, vi tilføjede triphenylphosphin (Ph3P) til vores syntesereaktionssystem, " siger Bakr. Baseret på tidligere syntetiserede PCN-strukturer, holdet forudsagde, at triphenylphosphin, med sin stive koniske struktur, ville være med til at skabe en ny nanocluster med en kubisk form.

De mørke-orange bloklignende krystaller, som holdet isolerede fra reaktionsblandingen, viste sig at være en ny PCN-struktur med den forudsagte kubiske form. Enkeltkrystal røntgendiffraktion viste, at hjertet af hver nanocluster indeholdt 23 kobberatomer. Omkring denne kerne var otte triphenylphosphingrupper, danner de otte hjørner af terningen.

Påfaldende nok, hver mørk-orange krystal bestod af flere kubiske nanoklynger, stablet pænt sammen i perfekt afstemte rækker og kolonner. "Vi fandt ud af, at den subtile synergi mellem den kubiske form og intercluster ikke-kovalente bindingsinteraktioner, såsom hydrogenbinding og van der Waals-interaktioner, er den vigtigste drivkraft for den unikke enkle kubiske selvsamling af nanoclusters, " siger Huang.

På trods af holdets seneste opdagelser, kobber nanocluster forskning er stadig i sin vorden. "Afgørende spørgsmål om vækstmekanismen, strukturudvikling og struktur-egenskabsforhold for klynger mangler endnu at blive behandlet, " siger Bakr. "Vi sigter mod at kaste lys over disse spørgsmål og at komme videre med at udnytte potentialet i klyngerne til vigtige katalytiske reaktioner."