Onderzoek aan de King Abdullah University of Science and Technology (KAUST), Saoedi-Arabië, vindt dat zilveratomen kunnen worden gemaakt in een doosvormige nanocluster door zorgvuldige selectie van ligandmoleculen.

Wanneer kleine aantallen metaalatomen clusteren, ze kunnen zich meer gedragen als moleculen of superatomen, met elektronen gedeeld door alle atoomkernen. Deze nanoclusters vertonen nieuwe chemische, elektrisch en optisch gedrag dat kan leiden tot de ontwikkeling van nieuwe katalysatoren, opto-elektronische structuren en andere componenten voor nanotechnologie.

Onderzoekers van KAUST hebben aanzienlijke vooruitgang geboekt bij het beheersen van de structuur en functie van nanoclusters om een ​​unieke doosvormige cluster van 67 zilveratomen te produceren met een centrale kern van 23 atomen in een buitenste doos van 44 atomen.

"We proberen de regels te achterhalen die bepalen hoe deze clusters worden gevormd, " zei Osman Bakr, KAUST universitair hoofddocent materiaalkunde en techniek en de leider van het onderzoeksteam.

De doosvorm is zeer zeldzaam, en dus demonstreren hoe je dozen en staven maakt, zal een nieuw niveau van controle brengen voor de synthese van nanoclusters. De sleutel tot het beheersen van de assemblage van de nanoclusters ligt in de keuze van organische (op koolstof gebaseerde) chemische groepen, liganden genaamd, die de metaalatomen omringen.

Bakr merkte op dat de onderzoekers verschillende vormen van clusters kunnen verkennen door te experimenteren met de structuur van de liganden. Ze ontdekten dat een mengsel van fosforbevattende groepen, fosfines en zwavelbevattende thiolen genaamd, de ongebruikelijke doosvorm van de zilveratomen in de ligandschaal liet samenkomen.

"Als we de vorm van deze clusters veranderen, we krijgen interessante nieuwe eigendommen, " zei Bakr. Hij hoopt dat de verkenning van nanoclusterchemie door zijn team de weg kan wijzen om nieuwe katalysatoren te ontwikkelen om chemische reacties te versnellen die in de industrie en misschien ook in de farmaceutische wetenschap zullen worden gebruikt.

Een belangrijke factor van belang bij het produceren van doosvormige clusters is dat het laat zien hoe "directionaliteit" in de clusters kan worden geïntroduceerd. Bakr legde uit dat dit de moeilijke uitdaging is om clusters te maken die in verschillende richtingen anders zijn gestructureerd, in tegenstelling tot de gemakkelijker te produceren perfect symmetrische vormen.

Een andere innovatie die de KAUST-groep aan het ontwikkelen is en die door dit nieuwste werk wordt vertegenwoordigd, is het gebruik van zilveratomen in nanoclusters in plaats van het meer algemeen gebruikte goud.

"Zilver is ongeveer een tiende van de prijs van goud, een economische factor die zeer belangrijk kan zijn bij het toepassen van deze innovaties op mogelijke nanotechnologie, ’ merkte Bakr op.

De KAUST-onderzoekers toonden eerder aan dat een zorgvuldige controle van het clusterontwerp zilveren clusters kan genereren die zich ongeveer hetzelfde gedragen als gouden clusters, en nu maken ze zilveren clusters in een grotere verscheidenheid aan vormen.