Dimostrazione di CElocal come descrittore di energia di adsorbimento. (A) Il BE di CO su vari siti di Au NP in funzione di CElocal:cubo di 172 atomi (rettangoli), icosaedro di 147 atomi (esagoni), e cubottaedro di 147 atomi (rombo). Mappa termica dei diversi siti sulle NP rispetto al loro BE di CO (da B a D) e al loro CElocal (da E a G). Lo schema dei colori segue l'intervallo di legame di CO più forte con CElocal più debole (viola) e di legame più debole con CElocal più forte (rosso). Credito: Progressi scientifici (2019). DOI:10.1126/sciadv.aax5101
Le nanoparticelle metalliche hanno una vasta gamma di applicazioni, dalla medicina alla catalisi, dall'energia all'ambiente. Ma i fondamenti dell'adsorbimento, il processo che consente alle molecole di legarsi come uno strato a una superficie solida, in relazione alle caratteristiche della nanoparticella dovevano ancora essere scoperti.
Una nuova ricerca dell'Università di Pittsburgh Swanson School of Engineering introduce il primo modello di adsorbimento universale che tiene conto delle caratteristiche strutturali dettagliate delle nanoparticelle, composizione metallica e diversi adsorbati, rendendo possibile non solo prevedere il comportamento di adsorbimento su qualsiasi nanoparticella metallica, ma monitorarne la stabilità, anche.
La ricerca combina la modellazione della chimica computazionale con l'apprendimento automatico per adattare un gran numero di dati e prevedere con precisione le tendenze di adsorbimento sulle nanoparticelle che non sono state viste in precedenza. Collegando l'adsorbimento con la stabilità delle nanoparticelle, le nanoparticelle possono ora essere ottimizzate in termini di accessibilità sintetica e comportamento delle proprietà dell'applicazione. Questo miglioramento accelererà significativamente la progettazione dei nanomateriali ed eviterà sperimentazioni per tentativi ed errori in laboratorio.
"Questo modello ha il potenziale per avere un impatto su diverse aree della nanotecnologia con applicazioni in catalisi, sensori, separazioni e persino consegna di farmaci, " dice Giannis (Yanni) Mpourmpakis, il Bicentennial Alumni Faculty Fellow della Swanson School e professore associato di ingegneria chimica e petrolifera, il cui laboratorio CANELa ha condotto la ricerca. "Il nostro laboratorio, così come altri gruppi, hanno eseguito precedenti studi computazionali che descrivono l'adsorbimento sui metalli, ma questo è il primo modello universale che tiene conto delle dimensioni delle nanoparticelle, forma, composizione del metallo e tipo di adsorbato. È anche il primo modello che collega direttamente una proprietà dell'applicazione, come adsorbimento e catalisi, con la stabilità delle nanoparticelle."
