Door hun kleine formaat, nanodeeltjes vinden uiteenlopende toepassingen op gebieden variërend van geneeskunde tot elektronica. Door hun kleine formaat hebben ze een hoge reactiviteit en halfgeleidende eigenschappen die niet worden gevonden in de bulktoestanden. Sub-nanodeeltjes (SNP's) hebben een extreem kleine diameter van ongeveer 1 nm, waardoor ze nog kleiner zijn dan nanodeeltjes. Bijna alle atomen van SNP's zijn beschikbaar en blootgesteld voor reacties, en daarom, Van SNP's wordt verwacht dat ze buitengewone functies hebben die verder gaan dan de eigenschappen van nanodeeltjes, vooral als katalysatoren voor industriële reacties. Echter, voorbereiding van SNP's vereist een fijne controle van de grootte en samenstelling van elk deeltje op een schaal van minder dan nanometer, waardoor de toepassing van conventionele productiemethoden bijna onmogelijk is.

Om dit te overwinnen, onderzoekers van het Tokyo Institute of Technology onder leiding van Dr. Takamasa Tsukamoto en Prof. Kimihisa Yamamoto ontwikkelden eerder de atoomhybridisatiemethode (AHM) die de eerdere proeven van SNP-synthese overtreft. Met behulp van deze techniek, het is mogelijk om de grootte en samenstelling van de SNP's nauwkeurig te controleren en divers te ontwerpen met behulp van een "macromoleculaire sjabloon" genaamd fenylazomethine-dendrimeer. Dit verbetert hun katalytische activiteit dan de NP-katalysatoren.

Nutsvoorzieningen, in hun laatste studie gepubliceerd in Internationale editie van Angewandte Chemie , het team heeft hun onderzoek een stap verder gebracht en heeft de chemische reactiviteit onderzocht van legerings-SNP's die zijn verkregen via de AHM. "We hebben monometalen, bimetaal, en trimetallische SNP's (die één, combinatie van twee, en combinatie van respectievelijk drie metalen), allemaal samengesteld uit muntmetaalelementen (koper, zilver, en goud), en elk getest om te zien hoe goed elk van hen een katalysator is, " meldt Dr. Tsukamoto. Hun katalytische activiteit werd getest in de oxidatiereactie van olefinen, verbindingen bestaande uit waterstof en koolstof met brede industriële toepassingen.

In tegenstelling tot overeenkomstige nanodeeltjes, de gecreëerde SNP's bleken stabiel en effectiever te zijn. Bovendien, SNP's vertoonden een hoge katalytische prestatie, zelfs onder de mildere omstandigheden, in schril contrast met conventionele katalysatoren. monometaal, bimetaal, en trimmetallische SNP's toonden de vorming van verschillende producten aan, en deze hybridisatie of combinatie van metalen leek een hogere omzetfrequentie (TOF) te vertonen. De trimetallische combinatie "Au ₄ Ag ₈ Cu ₁₆ " toonde de hoogste TOF omdat elk metalen element een unieke rol speelt, en deze effecten werken samen om bij te dragen aan een hoge reactie-activiteit.

Verder, SNP heeft selectief hydroperoxide gemaakt, dat is een hoogenergetische verbinding die normaal niet kan worden verkregen vanwege instabiliteit (zie figuur 2). Milde reacties zonder hoge temperatuur en druk gerealiseerd in SNP-katalysatoren resulteerden in de stabiele vorming van hydroperoxide door de ontleding ervan te onderdrukken.

Gevraagd naar de relevantie van deze bevindingen, Prof Yamamoto stelt:"We demonstreren voor de eerste keer ooit, dat olefinehydroperoxygenatie kan worden gekatalyseerd onder extreem milde omstandigheden met behulp van metaaldeeltjes in het kwantumgroottebereik. De reactiviteit was significant verbeterd in de gelegeerde systemen, vooral voor de trimetaalcombinaties, die nog niet eerder is onderzocht."

Het team benadrukte dat vanwege de extreme miniaturisatie van de structuren en de hybridisatie van verschillende elementen, de muntmetalen verwierven een voldoende hoge reactiviteit om de oxidatie te katalyseren, zelfs onder de milde omstandigheden. Deze bevindingen zullen een baanbrekende sleutel blijken te zijn bij de ontdekking van innovatieve sub-nanomaterialen uit een breed scala aan elementen en kunnen de komende jaren energiecrises en milieuproblemen oplossen.