Forskere afslører måder at finjustere nanopartikler og skitsere fremtidige studieområder

Efterspørgslen efter vedvarende energikilder vokser konstant og giver næring til udviklingen af ​​katalytisk-baserede teknologier. Ved at adskille og danne kemiske bindinger kan disse teknologier bruges til at producere miljøvenlig energi.

I de seneste årtier har forskere aktivt studeret, hvordan kerne-skal nanopartikler kan forbedre ydeevnen af ​​katalytiske systemer, som hovedsageligt bruger metalkatalysatorer, der accelererer kemiske reaktioner.

Forskere fra Skoltech analyserede de seneste resultater inden for syntetisering af kerne-skal-partikler, forskningsmetoder, teknikker til justering af deres egenskaber og identificerede også de mest lovende områder for fremtidig forskning. En stor anmeldelse er blevet offentliggjort i Nanoscale .

Bimetalliske kerne-skal-partikler er nanopartikler, der varierer i størrelse fra 1 til 100 nanometer. Deres kerne og skal består af forskellige metaller. Nanopartikler har, i modsætning til almindelige partikler, unikke egenskaber, der muliggør deres aktive brug i kræftdiagnose, skabelse af kompakte elektroniske enheder og design af solpaneler og på mange andre områder.

"Vi lavede en stor gennemgang, hvor vi viser, hvordan egenskaberne af nanopartikler kan finjusteres eksperimentelt. Gennemgangen dækker artikler over de sidste 3-4 år. Metoderne til syntese og forskning af nanomaterialer udvikler sig konstant, så nu er næsten hvert atom kan observeres under et mikroskop, såvel som lagene af forskellige metaller i sådanne partikler. Forskning har vist, at partiklernes katalytiske aktivitet kan påvirkes af ændringer i antallet af metallag," sagde Ilya Chepkasov, den førende forfatter. studie og seniorforsker ved Energy Transition Center på Skoltech.

Forfatterne har identificeret flere problemer, som de opfordrer til at være opmærksomme på i fremtidige undersøgelser. Problemet med at opdage sammensætningen af ​​kerne-skal-partiklers overflader gør det mere udfordrende at forstå forholdet mellem deres struktur og egenskaber. For at forbedre syntesen af ​​bimetalliske kerne-skal-partikler er det afgørende at finde ud af sammensætningen af ​​deres overflade.

Holdet påpegede også, at studiet af nanomaterialer kræver nye teoretiske metoder til at forudsige egenskaberne af forbindelser, som endnu ikke er blevet undersøgt eksperimentelt og ikke engang er blevet syntetiseret.

En af de mest effektive måder at gøre det på er at bruge moderne fremskridt inden for kunstig intelligens, for eksempel deskriptorbaserede og deskriptorfrie maskinlæringsmodeller til at forudsige de nødvendige egenskaber. Grafiske neurale netværk kan bruges til at afkode en nanopartikels atomare struktur og bestemme forholdet mellem dens struktur og egenskaber.

"Vores gennemgang er ikke kun en systematisk beskrivelse af tidligere undersøgelser, det er en analyse af tidligere opnåede data og en detaljeret diskussion af lovende områder, som vi har identificeret ud fra disse data. Der er mange vigtige retninger. En af dem er udviklingen af nye forudsigelige AI-baserede metoder De vil hjælpe med hurtigt og præcist at bestemme de ønskede egenskaber af de fremtidige nanopartikler, der kan bruges som katalysatorer for forskellige kemiske processer," sagde Alexander Kvashnin, en medforfatter af undersøgelsen og en professor ved Energy. Transition Center hos Skoltech.

Flere oplysninger: Ilya V. Chepkasov et al., Strukturdrevet tuning af katalytiske egenskaber af kerne-skal nanostrukturer, Nanoskala (2024). DOI:10.1039/D3NR06194A

Journaloplysninger: Nanoskala

Leveret af Skolkovo Institute of Science and Technology