Un nanocluster unico di atomi di rame creato dai ricercatori KAUST potrebbe fungere da tabella di marcia per guidare la progettazione di nuovi catalizzatori e agenti di imaging.

Un nanocluster è un tipo di nanoparticella in cui i ricercatori hanno individuato la disposizione precisa di ogni atomo, insieme alle loro lunghezze di legame e angoli di legame. Queste informazioni dettagliate consentono ai ricercatori di prevedere le proprietà dei cluster correlati, in base alla loro composizione e struttura. "Fornisce un modello pratico per comprendere le correlazioni intrinseche tra struttura e proprietà fisico-chimiche attraverso una combinazione di esperimenti e calcoli teorici, " afferma Ren-Wu Huang del Centro di catalisi KAUST, parte del team dietro la nuova scoperta.

I nanocluster sono generalmente larghi 1-3 nanometri e organizzati in un nucleo e un guscio. La struttura atomica del nucleo può determinare la struttura del nanocluster, dimensioni e proprietà ottiche, mentre il guscio influisce sulla sua stabilità, solubilità e attività catalitica.

Nanocluster contenenti rame, argento e oro hanno potenziali usi come catalizzatori, o come agenti di imaging luminescenti non tossici nelle cellule viventi. Sebbene i nanocluster d'argento e d'oro siano ben studiati, i nanocluster di rame sono stati piuttosto trascurati, in parte perché il metallo tende a reagire con l'ossigeno nell'aria.

Il team KAUST ha ora creato il più grande nanocluster a base di rame mai realizzato, e lo stanno studiando con una serie di tecniche, compresa la cristallografia a raggi X e la spettrometria di massa a ionizzazione elettrospray. Ogni cluster di 2,8 nanometri contiene 81 atomi di rame, 46 molecole di benzenetiolo, Molecole di 10 tert-butilammina e 32 ioni idruro.

I nanocluster hanno generalmente nuclei poliedrici circondati da gusci simmetrici. Ma il nuovo nanocluster di rame ha un nucleo piatto di 17 atomi di rame, disposti in uno schema ripetuto di triangoli. "Questo tipo di nucleo planare non è mai stato osservato nei nanocluster metallici precedentemente riportati, "dice Osman M. Bakr, che guidava la squadra.

Il nanocluster ha anche un guscio emisferico molto insolito alto 1,5 nanometri e ricoperto da molecole di benzenetiolo. Le differenze tra le superfici curve e piatte dell'emisfero suggeriscono che la faccia piatta ha una reattività maggiore. Inoltre, calcoli computazionali hanno fornito la prova che la disposizione di queste molecole potrebbe aiutare a facilitare il trasferimento di carica elettrica tra diversi cluster all'interno di un cristallo, che potrebbe rivelarsi cruciale in applicazioni future.

"Lo sviluppo dei nanocluster di rame è ancora agli inizi, " dice Huang. "Pertanto, la prossima fase della nostra ricerca sarà la sintesi di nanocluster di rame con una dimensione maggiore e una struttura nuova, ed esplorando le loro potenziali applicazioni nel campo della catalisi."