Subnanometer edelmetaalclusters zijn bestudeerd voor katalytische toepassingen. Bijvoorbeeld, platina wordt gebruikt als katalysator voor brandstofcellen. Platina is onmisbaar als materiaal voor het energienet van de volgende generatie, maar het is een zeldzaam metaal met beperkte reserves. Om de middelen effectief te gebruiken, het is essentieel om de nauwkeurigheid op atomair niveau van subnanometer-metaalclusters te verbeteren en de hoeveelheid synthese te vergroten.

Hoewel er verschillende synthesemethoden zijn ontwikkeld op basis van multi-nucleaire metaalcomplexen of stabiele, door liganden beschermde "magische getallen"-clusters, de voorlopers waren niet schaalbaar en het exacte behoud van atomiciteit werd nooit verstrekt. Dit kan te wijten zijn geweest, gedeeltelijk, tot de hoge metaal-ligand bindingsenergie die een extreem hoge calcineringstemperatuur vereist, wat resulteert in de aggregatie van de clusters.

Wetenschappers van Tokyo Tech onderzochten platina-thiolaten die kunnen leiden tot de vorming van kale metalen clusters door reductieve metaal-zwavelbinding splitsing. Van deze platina-thiolaten is aangetoond dat ze tiara-achtige complexen vormen die stabiel genoeg zijn voor isolatie.

Takane Imaoka, Kimihisa Yamamoto en collega's bestudeerden de monodisperse subnanometer-platinaclusters en hun katalytische activiteit voor preparatieve schaalreacties door niet-destructieve conversie van platinathiolaatcomplexen naar platina-tiara-achtige clusters. Voorafgaand aan deze studie, slechts één voorbeeld van een platinathiolaat-tiara-achtig complex met volledige chemische identificatie is gepubliceerd.

Als basis voor dit onderzoek is ze begonnen het onderzoek met basisreacties tussen PtCl4 en n-octaanthiol. De resultaten van deze basisreacties suggereren dat platinathiolaten aanvankelijk een lineaire ketengroei ondergaan, gevolgd door entropisch gunstige vorming van kleinere cyclische verbindingen. Op basis van deze resultaten, ze optimaliseerden het syntheseprotocol in twee stappen, wat resulteerde in een ruw product met platina-tiara-achtige complexen van verschillende ringgroottes.

De platina-tiara-achtige complexen werden verder geïsoleerd in hun zuivere clusters op basis van ringgroottes door chromatografie met uitsluiting op grootte op basis van preparatieve recycling-HPLC. Om het potentieel van deze complexen te bevestigen om te worden gebruikt als voorlopers voor atoom-precieze platinaclusters, de thermostabiliteit en katalytische activiteit van de complexen werden onderzocht.

De wetenschappers ontdekten dat de tiara-achtige platinathiolaatcomplexen geschikt waren als voorlopers voor de synthese van monodisperse nulvalente platinaclusters met een specifieke atomiciteit - een reactie die eerdere chemische methoden niet konden realiseren. Dit is de eerste methode om een ​​reactie op preparatieve schaal aan te tonen met behulp van atoomprecieze clusters met een enkelcijferige atomiciteit, die naar verwachting nuttig zal zijn bij het produceren van hoogwaardige katalysatoren. Verder onderzoek naar het stabiliteits- en ondersteuningseffect is nodig voor een volledig begrip van het katalysatorsysteem door clusters van zo'n kleine omvang.