Een team van onderzoekers heeft een unieke methode beoordeeld voor het hervormen van de structuren van ultrakleine nanomaterialen. Deze nanomaterialen, metalen nanoclusters genoemd, overbruggen de kloof tussen het metaalatoom en het bulkmetaal, waardoor ze zeer nuttig zijn in zowel fundamenteel als toegepast onderzoek. Metalen nanoclusters hebben het potentieel voor brede toepassingen op biomedisch gebied.

Het overzichtsartikel van het team is gepubliceerd in het tijdschrift Polyoxometalates .

Het team onderzocht de fosfine-LEIST-reactie. Deze methode toont voordelen bij de structurele modificatie en modulatie van eigenschappen van metalen nanoclusters. "De methode die we hebben beoordeeld, is in staat om de atomair nauwkeurige structuur van metalen nanoclusters te moduleren en hun overeenkomstige prestaties te reguleren", zegt Man-Bo Li, een professor aan de Anhui Universiteit, China.

Vanwege hun opmerkelijke afmetingen en precieze structuren dienen metalen nanoclusters als bruggen tussen nanodeeltjes en moleculen. Ze bieden wetenschappers een uitstekend platform voor het bestuderen van de structuur en modulatie van eigenschappen van nanomaterialen op atomair niveau.

De afgelopen jaren hebben wetenschappers die werkzaam zijn op het gebied van de chemie van metaalnanoclusters zich geleidelijk meer geconcentreerd op het effect van perifere liganden op metalen nanoclusters. Liganden zijn atomen of moleculen die rechtstreeks aan het metaalion binden.

Wetenschappers zijn zich geleidelijk gaan realiseren dat de ruimtelijke structuur en bindingsmodus van organische liganden een aanzienlijke invloed kunnen hebben op de eigenschappen van metalen nanoclusters in termen van topologie en elektronische structuur, oplosbaarheid, stabiliteit en gerelateerde toepassingen. Ligand-engineering wordt dus een essentiële tak van de chemie van metaalnanoclusters.

Voorheen werd de synthese van nanoclusters bereikt door metaaldotering en directe synthesemethoden. Uit de directe synthesemethode hebben wetenschappers de door liganduitwisseling geïnduceerde grootte/structuurtransformatie (LEIST) afgeleid. Veel nanoclusters zijn gesynthetiseerd met behulp van de LEIST-methode. Met LEIST hebben wetenschappers een dieper inzicht gekregen in het transformatiefenomeen in metalen nanoclusters en bredere toepassingsmogelijkheden.

Het team onderzocht de door fosfineligand geïnduceerde structurele transformaties en de overeenkomstige katalytische en optische prestatieregulatie van metalen nanoclusters. Ze wilden de tegenstelling tussen de stabiliteit en activiteit van metalen nanoclusters oplossen.

"Het uiteindelijke doel is het voorbereiden van ultrastabiele en zeer actieve metalen nanoclusters voor praktische toepassingen. De meest opwindende toepassing zou katalyse zijn, omdat metalen nanoclusters nauwkeurige structuren, overvloedige oppervlakte-activeringsplaatsen en recyclingmogelijkheden bezitten. Het zijn ideale industriële katalysatoren, die de voordelen combineren van homogene en heterogene katalysatoren", aldus Li.

In de afgelopen jaren hebben wetenschappers nieuwe potentiële toepassingen voorgesteld voor met fosfine beschermde metalen nanoclusters door de LEIST-methode voor fosfineliganden te gebruiken. Fosfineliganden kunnen de structuur van metalen nanoclusters transformeren in een evolutionair proces van bovenaf dat verschillende template-nanoclusters "pelt" en "etst".

Fosfineliganden kunnen ook bij andere synthesemethoden worden gebruikt. In de loop van de tijd hebben onderzoekers steeds meer fosfineliganden met verschillende functionele eigenschappen ontdekt. Onderzoekers gebruiken deze om de bestaande metalen nanoclusterstructuren te modificeren. Fosfineliganden bieden veelbelovend potentieel voor de structurele modificatie van metalen nanoclusters.

Het werk van het team benadrukt het cruciale belang van de ontwikkeling van een grotere verscheidenheid aan gefunctionaliseerde fosfineliganden. "Naarmate er steeds meer fosfineliganden worden ontworpen en gesynthetiseerd, zullen de toepassingen van metalen nanoclusters op verschillende gebieden aanzienlijk worden uitgebreid", aldus Li.

In hun review concentreerde het team zich op de door fosfine geïnduceerde structurele transformaties van metalen nanoclusters en de daaruit voortvloeiende prestatieregulatie. Ze benadrukten door fosfineligand geïnduceerde nanoclustertransformaties. Ze vatten de vele resultaten samen van structurele modificatie door de fosfine-LEIST-methode met behulp van fosfines.

Ze bespraken ook de synergetische methodologie van door fosfine geïnduceerde structurele modificatie in combinatie met andere synthetische methoden. Ten slotte vatten ze de potentiële rol van fosfineligand-engineering samen bij het moduleren van de eigenschappen van metalen nanoclusters, zoals optische en katalytische activiteiten.

Door hun beoordeling stelde het team vast dat de door fosfine geïnduceerde transformaties van atomair nauwkeurige metalen nanoclusters veelbelovend zijn als onderzoeksonderwerpen en verdere verkenning verdienen bij de ontwikkeling en toepassing van deze metalen nanoclusters.

Meer informatie: Wenwen Fei et al., Structurele modificatie en prestatieregulering van atomair nauwkeurige metalen nanoclusters door fosfine, Polyoxometalaten (2023). DOI:10.26599/POM.2023.9140043

Aangeboden door Tsinghua University Press