(Phys.org)—Nanodeeltjes gesynthetiseerd uit edele metalen zoals ruthenium, rhodium, palladium, zilver (Ag), osmium, iridium, platina, en goud (Au) krijgen steeds meer aandacht van onderzoekers over de hele wereld die op zoek zijn naar vooruitgang op gebieden als biogeneeskunde en katalysatoren.

Onderzoekers van het Argonne National Laboratory, het Illinois Instituut voor Technologie, en de University of South Carolina, werkzaam bij de faciliteiten van het Amerikaanse Department of Energy (DOE) in Argonne, waaronder de Advanced Photon Source (APS), zijn succesvol geweest in het synthetiseren en karakteriseren van monodisperse nanodeeltjes met gouden kern en zilverschil met behulp van een biosjabloon dat potentieel heeft als een in water oplosbare katalysator voor het omzetten van biomassa zoals dode bomen, takken en boomstronken, tuinknipsels, houtsnippers, en zelfs vast stedelijk afval in brandstoffen.

Edelmetalen zijn aantrekkelijke mogelijkheden voor dit onderzoek omdat, voor een ding, in tegenstelling tot onedele metalen, ze zijn corrosiebestendig bij blootstelling aan vochtige lucht.

Bimetaal core-shell katalysatoren, waar één metaal in het midden is, d.w.z., de kern, en de tweede is aan de oppervlakte, of de schaal, onderscheidende eigenschappen bieden, vaak een betere reactiviteit, omdat het kernmetaaldeeltje de roosterspanning van het schaalmetaal zou kunnen wijzigen, wat resulteert in een verschuiving van de elektronische bandstructuur van het schaalmetaal.

Zo'n kernschil, deeltjes ter grootte van een nanometer worden bestudeerd in de meeste nationale laboratoria en universiteiten.

Op het gebied van bio-anorganische chemie, het gebruik van sjablonen voor eiwitkooien is recentelijk ontwikkeld als een veelbelovende methode voor de synthese van katalysatoren voor metalen nanodeeltjes van uniforme grootte.

In dit onderzoek, het sjabloon van de eiwitkooi is apoferritine (Apo), dat is het ferritine-eiwit zonder ijzeren kern. Dit eiwitcomplex bestaat uit 24 identieke subeenheden en heeft een bolvorm met een buitendiameter van 12 nm en een binnenholte van 8 nm, zoals weergegeven in de bijgevoegde afbeelding.

De holte van 8 nm kan worden gebruikt als locatie voor een "nanoreactor" waarin de metalen nanodeeltjes worden gesynthetiseerd. De kruising tussen de subunits bestaat uit 14 lege kanalen, elk 3-4 Å in diameter. Deze dienen als een pad tussen de buitenkant en de binnenkant van de eiwitkern.

De metaalionen, die fungeren als de nanoreactor, diffunderen in de holle kern van het Apo via deze kanalen en daaropvolgende reductie van metaalionen in de holte leidt tot één metaaldeeltje per Apo-ferritine.

Hoewel de synthese van core-shell nanodeeltjes is voorgesteld, tot op heden is er geen melding gemaakt van een succesvolle synthese van core-shell nanodeeltjes in Apo.

In een recente publicatie in de Tijdschrift voor materiaalchemie , de onderzoekers in deze studie rapporteren voor het eerst de synthese van in water oplosbare, Apo-ingekapseld, Au-core Ag-shell nanodeeltjes kleiner dan 5 nm en met een smalle grootteverdeling, gebruikmakend van een ongewijzigde Apo.

De deeltjes werden gekarakteriseerd met behulp van verschillende onderzoekstechnieken:kleine-hoek röntgenverstrooiing uitgevoerd op de X-ray Science Division bundellijn 12-ID van de APS; uitgebreide metingen van de fijne structuur van röntgenabsorptie bij het Materials Research Collaborative Access Team 10-ID röntgenstraallijn, ook bij het APS; scanning transmissie-elektronenmicroscopie gedaan in het Argonne Electron Microscopy Center; scanning elektronenmicroscopie bij het Argonne Center for Nanoscale Materials; en snelle eiwitvloeistofchromatografie uitgevoerd aan de Universiteit van South Carolina.

Door zorgvuldig de hoeveelheid zilverprecursor te controleren, de onderzoekers waren succesvol in het regelen van de dikte van de Ag-schaal van één laag naar meerdere lagen.

Deze methode zou de weg moeten wijzen voor de bereiding van andere kern-schaal nanodeeltjes die als nieuw zouden kunnen functioneren, potentieel krachtige nanokatalysatoren voor katalytische biobrandstofreacties in de toekomst.

Dergelijke core-shell nanodeeltjes gekweekt op een eiwitsjabloon kunnen ook worden onderzocht voor toekomstige medicijnafgiftesystemen.