Goud en zilver zijn belangrijke elementen in de clusterchemie. Ze zijn chemisch zeer actief en zullen daarom naar verwachting nuttige stoffen zijn in toekomstige technologieën. Een proefschrift van de Universiteit van Jyvaskyla, Finland, toont succesvolle computersimulaties die de atoom-precieze structuur van een cluster van 11 goudatomen konden voorspellen. Later, de verbinding werd waargenomen om de ontleding van kooldioxide te versnellen. De resultaten kunnen worden gebruikt bij het ontwikkelen van katalysatoren.

Gouden en zilveren nanoclusters kunnen verschillende chemische reacties versnellen. MSc Sami Kaappa, een theoretisch fysicus, onderzocht in zijn proefschrift goud- en zilverclusters ter grootte van nanometers. "Over nanoclusters gesproken, bedoelen we meestal relatief grote moleculen met een kern bestaande uit tientallen metaalatomen, beschermd door monolaag van organische moleculen zodat de structuur in oplossing stabiel is. Typisch, de beschermende laag bestaat uit zwavel- of fosfineliganden, ' zegt Sami Kaappa.

In zijn onderzoek, Kaappa gebruikte computersimulaties om de eigenschappen van nanodeeltjes te bestuderen. De berekeningen werden uitgevoerd op de Sisu-supercomputer in Kajaani, Finland, en de Mare Nostrum-supercomputer in Barcelona.

"Met behulp van simulaties, we kunnen mogelijke chemische structuren voorspellen, ook al zijn er maar weinig experimentele gegevens beschikbaar, ' zegt Kaappa.

CO ₂ -splitsend cluster waargenomen

Een van de meest opmerkelijke bevindingen van het proefschriftonderzoek was de structuur van een cluster met 11 goudatomen. Het werk is gedaan in samenwerking met experimentele groepen in Canada en Japan.

"De experimentatoren waren in staat om het goud-11-cluster te synthetiseren en te realiseren, maar de atoom-precieze structuur kon op dat moment niet worden bepaald. Met behulp van rekenmethoden, Ik zou enkele mogelijke structuren kunnen bepalen, waarvan de ene gunstiger leek dan de andere. Later, het experimentele werk bevestigde deze voorspelling, ' zegt Kaappa.

In dezelfde studie, ze ontdekten dat de afbraak van koolstofdioxide wordt versneld in de aanwezigheid van het cluster.

"In het cluster een van de fosfineliganden wordt uitgewisseld met carbeen, wat een nieuw type ligand is in clusters. Het soort observatie van de katalytische activiteit kan bijdragen aan de ontwikkeling van nieuwe technologieën, zoals katalysatoren of innovaties in het recyclen van schadelijke stoffen. Dit is ook fascinerend voor een theoreticus, aangezien de reactie van kooldioxide tot koolmonoxide nog steeds niet in detail bekend is, ' zegt Sami Kaappa.