Un gruppo di ricerca ha sintetizzato con successo un nanocluster metallico e ne ha determinato la struttura cristallina. Il loro studio fornisce prove sperimentali per comprendere e progettare nanocluster con proprietà specifiche a livello atomico. I nanocluster metallici hanno un'ampia gamma di applicazioni nel campo biomedico.
Il loro lavoro è pubblicato sulla rivista Polyoxometalates .
Gli scienziati hanno mostrato interesse per i nanocluster metallici atomicamente precisi protetti da ligandi perché hanno strutture atomiche definite e proprietà fisiche e chimiche eccezionali. Queste proprietà includono attributi come luminescenza, chiralità, elettrochimica e catalisi.
Grazie a queste proprietà, i nanocluster metallici sono promettenti come catalizzatori modello ideali. Con le loro dimensioni ultrapiccole, questi nanocluster dimostrano un'elevata attività catalitica e sono selettivi in molte reazioni catalitiche.
I nanocluster metallici protetti da ligando sono nanostrutture organiche-inorganiche ultra piccole che dimostrano un'elevata stabilità in composizioni specifiche. Grazie alle loro proprietà sintonizzabili, hanno il potenziale per una varietà di applicazioni basate sulla nanotecnologia.
I nanocluster metallici che condividono strutture simili, ma sono costituiti da metalli diversi, offrono ai ricercatori un'opportunità unica per lo studio approfondito della sinergia dei metalli a livello atomico. Per sfruttare completamente il potenziale di questi nanocluster metallici in varie applicazioni, i ricercatori devono essere in grado di sintetizzare nanocluster di leghe con strutture simili ma composizioni metalliche distinte.
Questa sintesi consente ai ricercatori di condurre un esame completo dei fattori che influenzano le proprietà dei nanocluster. Sebbene i ricercatori abbiano compiuto progressi significativi nella preparazione di nanocluster metallici con strutture simili, la disponibilità di questi nanocluster è limitata. La sintesi di nanocluster metallici simili è un passo successivo essenziale per i ricercatori.
Nel corso del tempo, la ricerca su questi nanocluster di leghe ha attirato una crescente attenzione tra i ricercatori. Da studi precedenti, i ricercatori hanno acquisito una comprensione preliminare dell'origine delle proprietà ottiche dei nanocluster metallici. In questo modo potranno ottenere una guida teorica per la progettazione di nanocluster con rese quantiche di fotoluminescenza elevate.
Il gruppo di ricerca ha intrapreso uno studio del nanocluster oro-argento [Au7 Ag8 (SPh)6 ((p-OMePh)3 P)8 ]NO3 (Au7 Ag8 ). Hanno sintetizzato questo nanocluster, analizzato la sua struttura cristallina ed esaminato le sue proprietà di riduzione ottica ed elettrocatalitica del biossido di carbonio.
Il team ha utilizzato la diffrazione di raggi X da cristallo singolo, la spettrometria di massa con ionizzazione elettrospray, la spettroscopia fotoelettronica a raggi X e l’analisi termogravimetrica per studiare il nanocluster. I loro risultati sperimentali corrispondevano ai loro calcoli teorici.
"Il nostro lavoro può aiutare a ottenere una migliore comprensione dell'effetto della sinergia dei metalli sulle proprietà ottiche e catalitiche a livello atomico", ha affermato Shuxin Wang, professore presso la Facoltà di Scienza e Ingegneria dei Materiali dell'Università di Scienza e Tecnologia di Qingdao. in Cina.
Per fare un confronto, hanno anche sintetizzato un nanocluster di rame-oro simile, [Au13 Cu2 (TBBT)6 ((p-ClPh)3 P)8 ]SbF6 (Au13 Cu2 ). Hanno confrontato le proprietà di riduzione ottica ed elettrocatalitica del biossido di carbonio dei due nanocluster metallici. Entrambi questi nanocluster metallici presentano la stessa struttura centrale, che è fondamentalmente identica, ma sono diversi nella composizione metallica.
Quando hanno confrontato le proprietà ottiche e catalitiche dei due nanocluster, l'Au7 Ag8 aveva una resa quantica di fotoluminescenza considerevolmente maggiore della resa quantica di fotoluminescenza per l'Au13 Cu2 .
Hanno scoperto che, rispetto al drogaggio con rame, quello con argento ha effettivamente migliorato la resa quantica di fotoluminescenza del nanocluster di un fattore 7. I due nanocluster mostravano anche proprietà catalitiche diverse.
Quando hanno esaminato la reazione di riduzione elettrocatalitica del biossido di carbonio, l’aggiunta di una piccola quantità di rame, mentre migliorava la selettività catalitica per la produzione di monossido di carbonio, riduce contemporaneamente l’area superficiale elettrochimicamente attiva. Dalla loro analisi strutturale, il team attribuisce la selettività superiore del monossido di carbonio al drogaggio del rame nell'Au13 Cu2 nanocluster.
In un elettrocatalizzatore ideale, i ricercatori vorrebbero raggiungere un delicato equilibrio tra selettività e conservazione di un'area superficiale elettrochimicamente attiva ottimale. Guardando al futuro, il team sta lavorando per incorporare più metalli. "Speriamo di ottenere una catalisi sinergica per una maggiore selettività ed efficienza", ha affermato Wang.
Ulteriori informazioni: Lungo Ma et al, nanocluster di lega M 15 (M =Au/Ag/Cu) atomicamente precisi:analisi strutturale, proprietà ottiche ed elettrocatalitiche di riduzione della CO 2, poliossometallati (2024). DOI:10.26599/POM.2024.9140054
Fornito dalla Tsinghua University Press
