Un campo che studia qualcosa di molto piccolo sta diventando molto grande:nell'ultimo decennio, il campo della ricerca sulle nanoparticelle è esploso. A circa un nanometro di dimensione, le nanoparticelle sono 100, 000 volte più piccolo della larghezza di una ciocca di capelli umani e non può essere visto ad occhio nudo, ma i ricercatori stanno scoprendo ampi usi per loro in campi che vanno dal bioimaging all'energia e all'ambiente.

Lavorando su questa scala, è difficile essere precisi; però, il Computer-Aided Nano and Energy Lab (CANELa) presso la Swanson School of Engineering dell'Università di Pittsburgh sta avanzando nel campo, modellazione di nanocluster metallici con struttura atomicamente precisa. Un articolo che evidenzia il loro lavoro e la sua influenza nel campo delle nanoparticelle è presente sulla copertina dell'ultimo numero di Transazioni Dalton .

"Uno dei principali vantaggi di questi sistemi molto piccoli è che conoscendo la loro esatta struttura, possiamo applicare una teoria molto accurata, " disse Giannis "Yanni" Mpourmpakis, Bicentenario Alumni Faculty Fellow e professore associato di ingegneria chimica, che guida il CANELa. "Con la teoria possiamo quindi studiare come le proprietà dei nanocluster dipendono dalla loro struttura".

I nanocluster metallici protetti da ligando sono una classe unica di nanomateriali che a volte vengono definiti nanocluster di "dimensioni magiche" a causa della loro elevata stabilità quando hanno composizioni specifiche. Uno dei progressi chiave che il loro laboratorio ha fatto sul campo, con il finanziamento della National Science Foundation, è nel modellare il numero specifico di atomi d'oro stabilizzati da un numero specifico di ligandi, sulla superficie.

"Con nanoparticelle più grandi, i ricercatori possono avere una stima di quanti atomi esistono su ciascuna struttura, ma la nostra modellizzazione di questi nanocluster è esatta. Possiamo scrivere la formula molecolare precisa, " ha spiegato Michael Cowan, studente laureato nel CANELa e autore principale dell'articolo. "Se conosci l'esatta struttura di piccoli sistemi, puoi adattarli per creare siti attivi per la catalisi, che è ciò su cui si concentra di più il nostro laboratorio."

La previsione di nuove leghe e dimensioni magiche precedentemente sconosciute è il prossimo passo che il campo e il laboratorio dovranno affrontare. Il laboratorio utilizza metodi di chimica computazionale per modellare nanocluster noti, ma creando un database completo della struttura dei nanocluster, proprietà e parametri di sintesi saranno il passo successivo per applicare l'apprendimento automatico e creare un framework di previsione.

L'articolo di Frontiera, dal titolo "Verso la spiegazione della struttura dei nanocluster protetti da ligando, " è stato pubblicato sulla rivista Transazioni Dalton dalla Royal Society of Chemistry ed è stato scritto da Cowan e Mpourmpakis.