Ricerca presso la King Abdullah University of Science and Technology (KAUST), Arabia Saudita, scopre che gli atomi d'argento possono essere trasformati in un nanocluster a forma di scatola mediante un'attenta selezione di molecole di ligandi.

Quando un piccolo numero di atomi di metallo si raggruppa, possono comportarsi più come molecole o superati, con elettroni condivisi tra tutti i nuclei atomici. Questi nanocluster presentano nuove sostanze chimiche, comportamento elettrico e ottico che può portare allo sviluppo di nuovi catalizzatori, strutture optoelettroniche e altri componenti per le nanotecnologie.

I ricercatori di KAUST hanno compiuto progressi significativi nel controllo della struttura e della funzione dei nanocluster per produrre un cluster unico a forma di scatola di 67 atomi d'argento con un nucleo centrale di 23 atomi all'interno di una scatola esterna di 44 atomi.

"Stiamo cercando di capire le regole che controllano come si formano questi cluster, "ha detto Osman Bakr, Professore associato KAUST di scienza dei materiali e ingegneria e leader del gruppo di ricerca.

La forma della scatola è molto rara, e quindi dimostrare come realizzare scatole e barre porterà un nuovo livello di controllo alla sintesi dei nanocluster. La chiave per controllare l'assemblaggio dei nanocluster risiede nella scelta dei gruppi chimici organici (a base di carbonio) chiamati ligandi che circondano gli atomi di metallo.

Bakr ha osservato che i ricercatori possono esplorare diverse forme di cluster sperimentando la struttura dei ligandi. Hanno scoperto che una miscela di gruppi contenenti fosforo chiamati fosfine e tioli contenenti zolfo ha permesso all'insolita forma a scatola degli atomi d'argento di assemblarsi all'interno del guscio del ligando.

"Quando cambiamo la forma di questi grappoli, otteniamo nuove interessanti proprietà, " ha detto Bakr. Spera che l'esplorazione della chimica dei nanocluster da parte del suo team possa mostrare la strada per sviluppare nuovi catalizzatori per accelerare le reazioni chimiche che avranno uso nell'industria e forse anche nella scienza farmaceutica.

Un fattore di interesse principale nella produzione di cluster a forma di scatola è che rivela come introdurre la "direzionalità" nei cluster. Bakr ha spiegato che questa è la difficile sfida di creare cluster strutturati in modo diverso in direzioni diverse, a differenza delle forme perfettamente simmetriche più facilmente prodotte.

Un'altra innovazione che il gruppo KAUST sta sviluppando e che è rappresentata da questo ultimo lavoro è l'uso di atomi di argento nei nanocluster piuttosto che l'oro più comunemente usato.

"L'argento costa circa un decimo dell'oro, un fattore economico che potrebbe essere molto significativo quando si applicano queste innovazioni a possibili nanotecnologie, " ha sottolineato Bakr.

I ricercatori KAUST hanno precedentemente dimostrato che un attento controllo della progettazione dei cluster può generare cluster d'argento che si comportano in modo molto simile a quelli d'oro, e ora stanno creando grappoli d'argento in una maggiore varietà di forme.