Vijfhoekige nanostaafjes hebben een unieke morfologie die interessante samenstellings- en vormafhankelijke eigenschappen verleent, waaronder uitstekende stabiliteit en hoge katalytische activiteit, waardoor ze uitstekende kandidaten zijn voor industriële katalysatoren. Nutsvoorzieningen, onderzoekers in Singapore hebben een eenvoudig chemisch proces ontwikkeld om uniforme vijfhoekige nanostaafjes te laten groeien die zijn samengesteld uit goud en koper. Deze nieuwe materialen katalyseren gemakkelijk de directe alkylering van een amine met een alcohol, waardoor ze bruikbaar zijn op het gebied van materiaalchemie en nanotechnologie.

"We hebben met succes goud-koper vijfhoekige nanostaafjes gesynthetiseerd met gecontroleerde grootte en samenstelling door een zaadgemedieerde groeiroute, ", legt hoofdonderzoeker Jackie Ying van het A*STAR Institute of Bioengineering and Nanotechnology uit. De 'zaden' zijn meerdere kristallen van langwerpige gouden decaëders, met elkaar verbonden door gedeelde gezichten - een regeling die bekend staat als meervoudige twinning.

Om de nanostaafjes te maken, het team plaatste de gouden zaden in een oplossing die een koperprecursor bevatte en paste warmte toe - een proces dat bijna uniforme vijfhoekige nanostaafjes produceerde (zie afbeelding).

Het team van Ying toonde aan dat ze de lengte van deze nanostaafjes konden regelen door de hoeveelheid goudzaden die aan de kopervoorloper werd toegevoegd, te veranderen. Door een verhouding van 1:1 van goud tot koper toe te voegen, werden nanostaafjes geproduceerd die ongeveer 15 nanometer lang werden, terwijl een verhouding van 1:2 nanostaafjes van ongeveer 19 nanometer lang produceerde, en een verhouding van 1:3 produceerde nanostaafjes van ongeveer 24 nanometer lang. De diameter van de nanostaafjes bleef hetzelfde, echter, ongeacht de verhouding van de gebruikte metalen.

Het vermogen om de grootte en samenstelling van de nanostaafjes te regelen, betekent dat het gemakkelijker is om de eigenschappen van de bimetalen goud-koperen nanodeeltjes te controleren in vergelijking met nanodeeltjes gemaakt van slechts één metaal, legt Yang uit.

Volgende, het team evalueerde de katalytische activiteit van deze goud-koper nanostaafjes in een koolstof-stikstof-binding-vormende reactie - de directe alkylering van een amine met behulp van een alcohol. "Deze strategie voor het lenen van waterstof is een aantrekkelijke synthetische methode voor de vorming van C-N-bindingen, omdat het een milieuvriendelijk proces is dat alleen water als bijproduct produceert, " zegt Ying.

De nanostaafjes zijn onderzocht als katalysatoren voor deze reactie met behulp van de modelsubstraten p-tolueensulfonamide en benzylalcohol. "Onze heterogene katalysator vertoonde een hogere katalytische activiteit ten opzichte van de C-N-koppelingsreactie en een betere recycleerbaarheid in vergelijking met in de handel verkrijgbare katalysatoren, ' zegt Ying.

Voorbij katalyse, Ying voorspelt dat deze nieuwe materialen nuttig kunnen zijn in de elektronica, chemische detectie en zelfs biogeneeskunde. Haar team is nu van plan om de nanostaafjes zelf als zaden te gebruiken om nanodeeltjes te synthetiseren die bestaan ​​uit een goud-koperen kern omgeven door een omhulsel van een ander materiaal, zoals platina, voor energietoepassingen.