Grazie in parte alla loro distinta elettronica, proprietà ottiche e chimiche, i nanomateriali sono utilizzati in una serie di applicazioni diverse, dalla produzione chimica alla medicina e ai dispositivi che emettono luce. Ma quando si introduce un altro metallo nella loro struttura, noto anche come "doping, " i ricercatori non sono sicuri di quale posizione occuperà il metallo e di come influenzerà la stabilità complessiva del nanocluster, aumentando così tempi e costi sperimentali.

Però, i ricercatori della Swanson School of Engineering dell'Università di Pittsburgh hanno sviluppato una nuova teoria per prevedere meglio come si comporteranno i nanocluster quando un determinato metallo viene introdotto nella loro struttura. Lo studio, "Thermodynamic Stability of Ligand-Protected Metal Nanoclusters" (DOI:10.1021/acs.jpclett.8b02679) è stato presentato sulla copertina dell'ACS Journal of Physical Chemistry Letters . I coautori sono Giannis Mpourmpakis, il Bicentennial Alumni Faculty Fellow e Assistant Professor of Chemical and Petroleum Engineering presso la Swanson School, e dottorato di ricerca candidato e Graduate Fellow NSF Michael Taylor. I loro risultati si collegano a ricerche precedenti incentrate sulla progettazione di nanoparticelle per applicazioni catalitiche.

"Ingegneria delle dimensioni, la forma e la composizione dei nanocluster è un modo per controllare le loro proprietà intrinseche" ha affermato il dott. Mpourmpakis. "In particolare, I nanocluster di Au (oro) protetti da ligando sono una classe di nanomateriali in cui è stato ottenuto il controllo preciso della loro dimensione. La nostra ricerca mirava a prevedere meglio come si formano le loro controparti bimetalliche, il che ci consentirebbe di prevedere più facilmente la loro struttura senza un'eccessiva sperimentazione per tentativi ed errori in laboratorio."

La ricerca, completato nel Laboratorio Nano ed Energetico assistito da computer del Dr. Mpourmpakis (C.A.N.E.LA.), ha permesso loro di prevedere in modo computazionale le posizioni esatte e le concentrazioni dei droganti nei nanocluster di Au protetti da ligando. Hanno anche scoperto che la loro teoria recentemente sviluppata, che spiegava le dimensioni esatte dei nanocluster di Au sintetizzati sperimentalmente, era applicabile anche ai nanocluster bimetallici, che hanno una versatilità ancora maggiore.

"Questa teoria computazionale può ora essere utilizzata per accelerare la scoperta di nanomateriali e guidare meglio gli sforzi sperimentali, "Il dottor Mpourmpakis ha detto. "Inoltre, testando questa teoria su nanocluster bimetallici, abbiamo il potenziale per sviluppare materiali che mostrano proprietà personalizzate. Questo potrebbe avere un enorme impatto sulla nanotecnologia".