(PhysOrg.com) -- Momenteel, zo'n 20 procent van de industriële productie in de wereld is gebaseerd op katalysatoren - moleculen die het tempo van chemische reacties met miljarden factoren kunnen versnellen. Olie, geneesmiddelen, kunststoffen en talloze andere producten worden gemaakt door katalysatoren.

Velen hopen de huidige katalysatoren efficiënter te maken, wat resulteert in minder energieverbruik en minder vervuiling. Zeer actieve en selectieve nanokatalysatoren, bijvoorbeeld, effectief kan worden gebruikt bij pogingen om vervuiling af te breken, waterstofbrandstofcellen maken, waterstof opslaan en fijnchemicaliën synthetiseren. De uitdaging tot nu toe was het ontwikkelen van een methode voor het produceren van nanokatalysatoren in een gecontroleerde, voorspelbare manier.

In een beweging in deze richting, Yu Huang, een assistent-professor materiaalkunde en engineering aan de UCLA Henry Samueli School of Engineering and Applied Science, en haar onderzoeksteam hebben een nieuwe benadering voorgesteld en gedemonstreerd voor het produceren van nanokristallen met voorspelbare vormen door oppervlakteactieve stoffen te gebruiken, biomoleculen die selectief kunnen binden aan bepaalde facetten van de blootgestelde oppervlakken van de kristallen.

Hun nieuwe studie is online te vinden in het tijdschrift Natuurchemie .

Op nanoschaal is de fysische en chemische eigenschappen van materialen zijn afhankelijk van de grootte en vorm van de materialen. Het uiteindelijke doel was om materialen rationeel te engineeren om programmeerbare structuren en voorspelbare eigenschappen te bereiken, waardoor de gewenste functies worden geproduceerd. Toch worden gevormde nanokristallen nog steeds over het algemeen gesynthetiseerd door vallen en opstaan, het gebruik van niet-specifieke moleculen als oppervlakteactieve stoffen - een gevolg van het onvermogen om geschikte moleculen te vinden om kristalvorming te beheersen.

Het innovatieve nieuwe werk van Huang's team zou dat kunnen veranderen, mogelijk leidend tot het vermogen om rationeel nanokatalysatoren te produceren met de gewenste vormen en, Vandaar, katalytische eigenschappen.

"In onze studie we waren in staat om specifieke biomoleculen te identificeren - peptidesequenties, in ons geval - die een gewenst kristaloppervlak kan herkennen en nanokristallen kan produceren die worden blootgesteld aan een bepaald oppervlak om de vorm te regelen, " zei Chin-Yi Chiu, een afgestudeerde student van UCLA Engineering en hoofdauteur van de studie.

"Facet-specifieke biomoleculen kunnen worden gebruikt om de groei van nanokristallen te sturen, en vooral, nu kunnen we het op een voorspelbare manier doen, " zei Huang, senior auteur van de studie. "Dit is nog een eerste stap, maar we hebben de uitdagingen overwonnen door de meest specifieke en selectieve peptidesequenties te vinden via een rationeel selectieproces."

Het team van Huang bereikte dit door een faagbibliotheek te gebruiken die een pool van peptidesequenties genereerde. Het team was vervolgens in staat om de selectiviteit van peptidesequenties op verschillende kristaloppervlakken te identificeren. De volgende stap, zeggen de onderzoekers, is om erachter te komen wat er precies gebeurt op de interface en om de karakteriseringen van de interface te kunnen beschrijven.

"We kennen de moleculaire details nog niet - dat is als de heilige graal van moleculaire biomimetica, ' zei Huang. 'Neem de middelman, bijvoorbeeld. Als we de gesynthetiseerde katalysator voor slechts één oppervlak kunnen voorspellen, het zou veel meer verbeterde activiteit en selectiviteit kunnen hebben. We zitten nog in de beginfase van wat we echt willen doen, dat is om te zien of we uiteindelijk de synthese van materiële structuren kunnen programmeren."

"Het is altijd een persoonlijke interesse geweest om te leren van het natuurlijke evolutionaire selectieproces en dit toe te passen op onderzoek, "Zei Chiu. "Het is vooral bevredigend om een ​​rationeel selectieproces te kunnen ontwikkelen voor materialen op nanoschaal om nanokristallen met de gewenste vormen te creëren."