Onderzoekers in Japan hebben een manier gevonden om innovatieve materialen te maken door metalen te mengen met precisiecontrole. Hun aanpak, gebaseerd op een concept genaamd atoomhybridisatie, opent een onontgonnen gebied van chemie dat zou kunnen leiden tot de ontwikkeling van geavanceerde functionele materialen.

Multimetalen clusters - meestal samengesteld uit drie of meer metalen - trekken de aandacht omdat ze eigenschappen vertonen die niet kunnen worden bereikt door materialen uit één metaal. Als een verscheidenheid aan metalen elementen vrijelijk worden gemengd, de verwachting is dat nog onbekende stoffen worden ontdekt en zeer functionele materialen worden ontwikkeld. Tot dusver, niemand had tot nu toe melding gemaakt van de multimetallische clusters vermengd met meer dan vier metalen elementen vanwege de ongunstige scheiding van verschillende metalen. Een idee om deze moeilijkheid te overwinnen, is miniaturisatie van clustergroottes tot een schaal van één nanometer, waardoor de verschillende metalen in een kleine ruimte moeten worden gemengd. Echter, er was geen manier om dit idee te realiseren.

Een team, waaronder Takamasa Tsukamoto, Takane Imaoka, Kimihisa Yamamoto en collega's, heeft een atoomhybridisatiemethode ontwikkeld, die de allereerste synthese heeft gerealiseerd van multimetalen clusters bestaande uit meer dan vijf metalen elementen met nauwkeurige controle over grootte en samenstelling. Deze methode maakt gebruik van een dendrimeersjabloon die dient als een kleine "steiger" om gecontroleerde accumulatie van metaalzouten mogelijk te maken. Na nauwkeurige opname van de verschillende metalen in het dendrimeer, multimetalen clusters worden verkregen door chemische reductie. In tegenstelling tot, een conventionele methode zonder dendrimeer levert vergroting van clustergroottes en scheiding van verschillende metalen op. Het team demonstreerde met succes de vorming van clusters van vijf elementen bestaande uit gallium (Ga), indium (In), goud (Au), bismut (Bi) en tin (Sn), evenals ijzer (Fe), palladium (Pd), rhodium (Rh), antimoon (Sb) en koper (Cu), en een cluster met zes elementen bestaande uit Ga, In, au, Bi, Sn en platina (Pt). Aanvullend, ze duiden op de mogelijkheid om clusters te maken die uit acht metalen of meer bestaan.

Deze atoomhybridisatiemethode met behulp van de dendrimeersjabloon kan ultrakleine multimetallische clusters synthetiseren met nauwkeurige controle van grootte en samenstelling. Er zijn meer dan 90 metalen in het periodiek systeem. Met oneindige combinaties van metalen elementen, atomiciteit en samenstelling, deze methode opent een nieuw veld in de chemie op een schaal van één nanometer. De huidige studie markeert een grote stap voorwaarts in het creëren van dergelijke nog onbekende innovatieve materialen.