I nanotubi pentagonali hanno una morfologia unica che conferisce interessanti proprietà compositive e dipendenti dalla forma, tra cui un'eccellente stabilità e un'elevata attività catalitica, che li rendono ottimi candidati per i catalizzatori industriali. Ora, ricercatori di Singapore hanno sviluppato un semplice processo chimico per far crescere nanotubi pentagonali uniformi composti da oro e rame. Questi nuovi materiali catalizzano prontamente l'alchilazione diretta di un'ammina con un alcol, rendendoli utili nei campi della chimica dei materiali e delle nanotecnologie.

"Abbiamo sintetizzato con successo nanotubi pentagonali oro-rame con dimensioni e composizione controllate tramite una via di crescita mediata dai semi, " spiega il ricercatore capo Jackie Ying dell'A*STAR Institute of Bioengineering and Nanotechnology. I "semi" sono molteplici cristalli di decaedri d'oro allungati, uniti da volti condivisi, una disposizione nota come gemellaggio multiplo.

Per creare i nanorod, il team ha posizionato i semi d'oro in una soluzione contenente un precursore di rame e applicato calore, un processo che ha prodotto nanotubi pentagonali quasi uniformi (vedi immagine).

Il team di Ying ha dimostrato di poter controllare la lunghezza di questi nanotubi modificando la quantità di semi d'oro aggiunti al precursore del rame. L'aggiunta di un rapporto 1:1 tra oro e rame ha prodotto nanotubi che sono cresciuti di circa 15 nanometri di lunghezza mentre un rapporto 1:2 ha prodotto nanotubi lunghi circa 19 nanometri, e un rapporto 1:3 ha prodotto nanobarre lunghe circa 24 nanometri. Il diametro dei nanorod è rimasto lo stesso, però, indipendentemente dal rapporto tra i metalli utilizzati.

La capacità di controllare le dimensioni e la composizione dei nanotubi significa che è più facile controllare le proprietà delle nanoparticelle bimetalliche oro-rame rispetto alle nanoparticelle costituite da un solo metallo, Yang spiega.

Prossimo, il team ha valutato l'attività catalitica di questi nanotubi oro-rame in una reazione di formazione di legami carbonio-azoto, l'alchilazione diretta di un'ammina utilizzando un alcol. "Questa strategia di prestito di idrogeno è un metodo sintetico interessante per la formazione del legame C–N in quanto è un processo ecologico che produce solo acqua come sottoprodotto, "dice Ying.

I nanorod sono stati esaminati come catalizzatori per questa reazione utilizzando i substrati modello p-toluene sulfonamide e alcol benzilico. "Il nostro catalizzatore eterogeneo ha mostrato una maggiore attività catalitica verso la reazione di accoppiamento C–N e una migliore riciclabilità rispetto ai catalizzatori disponibili in commercio, "Ying dice.

Oltre la catalisi, Ying prevede che questi nuovi materiali potrebbero essere utili nell'elettronica, rilevamento chimico e persino biomedicina. Il suo team ora prevede di utilizzare i nanorod come semi stessi per sintetizzare nanoparticelle costituite da un nucleo di oro-rame circondato da un guscio di un altro materiale, come il platino, per applicazioni energetiche.