Scienziati russi e cinesi hanno scoperto una serie di nanoparticelle nuove e inaspettate e hanno trovato un modo per controllarne la composizione e le proprietà:i risultati aprono nuove strade nell'uso delle nanoparticelle. I risultati del loro studio sono stati pubblicati in Chimica fisica Fisica chimica.

Micro oggetti come le nanoparticelle possono differire dagli oggetti macro (cristalli, vetri) in termini di composizione chimica e proprietà. I due pilastri su cui poggia la nanotecnologia sono l'ampia diversità di proprietà esibite da nanoparticelle dello stesso materiale ma di dimensioni variabili, e la capacità di controllarne le proprietà. Però, la ricerca sia sperimentale che teorica sulla struttura e sulla composizione delle nanoparticelle pone grandi difficoltà.

Utilizzando l'algoritmo evolutivo USPEX sviluppato da Artem R. Oganov, professore presso Skoltech e MIPT, scienziati cinesi e russi hanno studiato un'ampia gamma di composizioni di nanoparticelle, e in particolare, ha esaminato due classi di nanoparticelle essenziali per la catalisi:ferro-ossigeno e cerio-ossigeno. Hanno scoperto che le cosiddette "nanoparticelle magiche" che mostrano una maggiore stabilità possono avere composizioni chimiche inaspettate, Per esempio, Fe ₆ oh ₄ , Fe ₂ oh ₆ , Fe ₄ oh ₁₄ , Ce ₅ oh ₆ , e Ce ₃ oh ₁₂ . Nanoparticelle ricche di ossigeno, come Fe ₄ oh ₁₄ , stabile in condizioni normali, può spiegare la cancerogenicità delle nanoparticelle di ossido. Gli scienziati hanno esplorato quantitativamente come variano le composizioni modificando la temperatura o la pressione parziale dell'ossigeno.

"I nanocluster stabili possono possedere composizioni chimiche strane e inaspettate (ad esempio, si ₄ oh ₁₈ o Ce ₃ oh ₁₂ ) in condizioni normali, mentre per i cristalli questo si trova solitamente in condizioni estreme, come alte pressioni, "dice Xiaohu Yu, il primo autore di quest'opera, Professore Associato della Shaanxi University of Technology ed ex membro del laboratorio Oganov al MIPT.

"Il fatto che le nanoparticelle abbiano praticamente le stesse creste, isole di stabilità e mari di instabilità come nuclei atomici sono state una sorpresa in questo studio. Il nucleo atomico e la nanoparticella allo stesso modo possono essere descritti come un cluster di due tipi di particelle, Per esempio, ferro e ossigeno nel nostro caso, o protoni e neutroni nel caso dei nuclei atomici. Se disegnate una mappa e tracciate i numeri di ogni tipo di atomi nel cluster lungo i suoi assi, vedrai che la maggior parte degli ammassi stabili forma strette creste di stabilità. Scoprirete anche isole di stabilità piuttosto curiose dal punto di vista chimico. È abbastanza concepibile che le nanoparticelle stabili servano come elementi costitutivi elementari nella crescita dei cristalli, l'argomento di cui sono entusiasta sin dai miei anni di scuola. Quanto alle isole della stabilità, i grandi contributori al loro studio sono stati i nostri rinomati accademici Flerov e Oganesyan con cui sognavo di lavorare quando ero bambino, " disse Oganov.