Een veld dat iets heel kleins bestudeert, wordt heel groot:in het laatste decennium het gebied van nanodeeltjesonderzoek is geëxplodeerd. Met een grootte van ongeveer een nanometer, nanodeeltjes zijn 100, 000 keer kleiner dan de breedte van een mensenhaar en niet met het blote oog te zien, maar onderzoekers ontdekken brede toepassingen voor hen op gebieden variërend van bio-imaging tot energie en het milieu.

Op deze schaal werken het is moeilijk om precies te zijn; echter, het Computer-Aided Nano and Energy Lab (CANELa) aan de Swanson School of Engineering van de University of Pittsburgh maakt vorderingen op het gebied, modelleren van metalen nanoclusters die atomair nauwkeurig van structuur zijn. Een artikel dat hun werk en hun invloed op het gebied van nanodeeltjes belicht, staat op de omslag van het laatste nummer van Dalton-transacties .

"Een groot voordeel van deze zeer kleine systemen is dat door hun exacte structuur te kennen, we kunnen zeer nauwkeurige theorie toepassen, " zei Giannis "Yanni" Mpourmpakis, Bicentennial Alumni Faculty Fellow en universitair hoofddocent chemische technologie, die de CANELa leidt. "Met theorie kunnen we dan onderzoeken hoe eigenschappen van nanoclusters afhangen van hun structuur."

Ligand-beschermde metalen nanoclusters zijn een unieke klasse van nanomaterialen die soms worden aangeduid als "magische grootte" nanoclusters vanwege hun hoge stabiliteit wanneer ze specifieke samenstellingen hebben. Een van de belangrijkste vorderingen die hun laboratorium in het veld heeft gemaakt, met financiering van de National Science Foundation, is in het modelleren van het specifieke aantal goudatomen gestabiliseerd door een specifiek aantal liganden, op het oppervlak.

"Met grotere nanodeeltjes, onderzoekers kunnen een schatting hebben van het aantal atomen op elke structuur, maar onze modellering van deze nanoclusters is exact. We kunnen de precieze molecuulformule uitschrijven, " legde Michael Cowan uit, afgestudeerde student in de CANELa en hoofdauteur van het artikel. "Als je de exacte structuur van kleine systemen kent, kun je ze aanpassen om actieve sites voor katalyse te creëren, dat is waar ons lab zich het meest op richt."

Het voorspellen van nieuwe legeringen en voorheen onontdekte magische maten is de volgende stap die het veld - en het laboratorium - zal moeten nemen. Het lab gebruikt computationele chemische methoden om bekende nanoclusters te modelleren, maar het creëren van een complete database van nanoclusterstructuur, eigenschap- en syntheseparameters zullen de volgende stap zijn om machine learning toe te passen en een voorspellingsraamwerk te creëren.

Het Frontier-artikel, getiteld "Naar het ophelderen van de structuur van ligand-beschermde nanoclusters, " werd gepubliceerd in het tijdschrift Dalton-transacties door de Royal Society of Chemistry en is geschreven door Cowan en Mpourmpakis.