(PhysOrg.com) -- Attualmente, circa il 20% della produzione industriale mondiale si basa su catalizzatori, molecole che possono accelerare il ritmo delle reazioni chimiche di miliardi di fattori. Olio, prodotti farmaceutici, plastica e innumerevoli altri prodotti sono realizzati da catalizzatori.

Molti sperano di rendere più efficienti gli attuali catalizzatori, con conseguente minor consumo di energia e minor inquinamento. Nanocatalizzatori altamente attivi e selettivi, Per esempio, può essere utilizzato efficacemente negli sforzi per abbattere l'inquinamento, creare celle a combustibile a idrogeno, immagazzinare idrogeno e sintetizzare prodotti chimici fini. La sfida fino ad oggi è stata lo sviluppo di un metodo per la produzione di nanocatalizzatori in un ambiente controllato, modo prevedibile.

In un movimento in questa direzione, Yu Huang, un assistente professore di scienza e ingegneria dei materiali presso la UCLA Henry Samueli School of Engineering and Applied Science, e il suo team di ricerca hanno proposto e dimostrato un nuovo approccio alla produzione di nanocristalli con forme prevedibili utilizzando tensioattivi, biomolecole che possono legarsi selettivamente a determinate sfaccettature delle superfici esposte dei cristalli.

Il loro nuovo studio può essere trovato online nella rivista Chimica della natura .

Alla nanoscala, le proprietà fisiche e chimiche dei materiali dipendono dalle dimensioni e dalla forma dei materiali. L'obiettivo finale è stato quello di progettare razionalmente i materiali per ottenere strutture programmabili e proprietà prevedibili, producendo così le funzioni desiderate. Eppure i nanocristalli sagomati sono ancora generalmente sintetizzati per tentativi ed errori, utilizzo di molecole non specifiche come tensioattivi, risultato dell'incapacità di trovare molecole appropriate per controllare la formazione dei cristalli.

Il nuovo lavoro innovativo del team di Huang potrebbe cambiare le cose, potenzialmente portando alla capacità di produrre razionalmente nanocatalizzatori con le forme desiderate e, quindi, proprietà catalitiche.

"Nel nostro studio, siamo stati in grado di identificare biomolecole specifiche - sequenze peptidiche, nel nostro caso — che può riconoscere una superficie cristallina desiderata e produrre nanocristalli esposti con una superficie particolare per controllarne la forma, " disse Chin-Yi Chiu, uno studente laureato in Ingegneria UCLA e autore principale dello studio.

"Le biomolecole specifiche per le sfaccettature possono essere utilizzate per dirigere la crescita di nanocristalli, e, soprattutto, ora possiamo farlo in modo prevedibile, " disse Huang, autore senior dello studio. "Questo è ancora un primo passo, ma abbiamo superato le sfide trovando le sequenze peptidiche più specifiche e selettive attraverso un processo di selezione razionale".

Il team di Huang ha raggiunto questo obiettivo utilizzando una libreria di fagi che ha generato un pool di sequenze peptidiche. Il team è stato quindi in grado di identificare la selettività delle sequenze peptidiche su diverse superfici cristalline. Il prossimo passo, dicono i ricercatori, è capire cosa sta succedendo esattamente sull'interfaccia ed essere in grado di descrivere le caratterizzazioni dell'interfaccia.

"Non conosciamo ancora i dettagli molecolari:è come il Santo Graal della biomimetica molecolare, " disse Huang. "Prendi il catalizzatore, Per esempio. Se possiamo prevedere il catalizzatore sintetizzato per una sola superficie, potrebbe avere un'attività e una selettività molto più migliorate. Siamo ancora nella fase iniziale di ciò che realmente vogliamo fare, che è vedere se alla fine possiamo programmare o meno la sintesi delle strutture materiali."

"È sempre stato un interesse personale imparare dal processo di selezione evolutiva naturale e applicarlo alla ricerca, " Ha detto Chiu. "È particolarmente soddisfacente essere in grado di progettare un processo di selezione razionale per i materiali su scala nanometrica per creare nanocristalli con le forme desiderate".