I ricercatori della KAUST hanno creato nanomateriali di rame con una forma cubica così perfetta da formare pile ordinatamente allineate quando vengono messi insieme. I nanocluster di rame cuboide, sviluppato da un design razionale, sono un nuovo membro di una famiglia di nanomateriali esotici che ha mostrato molte proprietà promettenti ma è rimasta molto difficile da realizzare.

"I nanomateriali di rame sono una classe di materiali che presentano proprietà utili per i campi della fotoluminescenza e della catalisi, "dice Ren-Wu Huang, un postdoc nel laboratorio di Osman Bakr, che ha condotto la ricerca. C'è un grande interesse nel sintetizzare nuovi nanomateriali di rame per capire come la loro struttura influenza la loro funzione.

nanocluster di rame, che sono di una struttura atomicamente precisa, sono tra i pochi nanomateriali di rame in grado di fornire tali intuizioni a livello atomico perché la loro struttura totale può essere determinata mediante diffrazione di raggi X da cristallo singolo. "Però, la sintesi dei nanocluster di rame è ancora una grande sfida e il suo ritmo di sviluppo è lento rispetto ai nanocluster realizzati con i suoi metalli fratelli, argento e oro, " aggiunge Huang.

Nel loro ultimo lavoro, il team mirava a creare un nanocluster di rame poliidrato ricco di idrogeno (PCN). "Per creare i nanocluster a forma di cubo, abbiamo aggiunto la trifenilfosfina (Ph3P) al nostro sistema di reazione di sintesi, " dice Bakr. Sulla base di strutture PCN precedentemente sintetizzate, il team ha predetto che la trifenilfosfina, con la sua rigida struttura conica, aiuterebbe a creare un nuovo nanocluster con una forma cuboide.

I cristalli a forma di blocco arancione scuro che il team ha isolato dalla miscela di reazione si è rivelato una nuova struttura PCN con la forma cuboide prevista. La diffrazione dei raggi X da un cristallo singolo ha mostrato che il cuore di ciascun nanocluster conteneva 23 atomi di rame. Intorno a questo nucleo c'erano otto gruppi di trifenilfosfina, formando gli otto angoli del cubo.

Sorprendentemente, ogni cristallo arancione scuro consisteva di più nanocluster cuboidi, impilati ordinatamente in righe e colonne perfettamente allineate. "Abbiamo scoperto che la sottile sinergia tra la forma cuboide e le interazioni di legame non covalente intercluster, come il legame idrogeno e le interazioni di van der Waals, è la principale forza trainante per l'esclusivo semplice autoassemblaggio cubico di nanocluster, " dice Huang.

Nonostante le ultime scoperte del team, la ricerca sui nanocluster di rame è ancora agli inizi. "Domande cruciali sul meccanismo di crescita, l'evoluzione della struttura e le relazioni struttura-proprietà dei cluster devono ancora essere affrontate, " Bakr dice. "Miriamo a far luce su questi problemi e ad andare avanti sfruttando il potenziale dei cluster per importanti reazioni catalitiche".