Atoomnauwkeurige edelmetalen nanoclusters

Nobele metalen nanodeeltjes, zoals goud en zilver, zijn goed bekend in het onderzoeksveld van katalyse en biomedische toepassingen. Gouden en zilveren nanodeeltjes kunnen bijvoorbeeld goede katalysatoren zijn voor verschillende chemische transformaties, zoals hydrogenering en oxidatie. Ze kunnen ook worden gebruikt voor bioimaging, en als dragers van geneesmiddelen en radiosensibilisatoren bij kankertherapie vanwege hun optische eigenschappen en biocompatibiliteit. Zilveren nanodeeltjes zijn uitgebreid onderzocht en gebruikt in commerciële producten vanwege hun antimicrobiële activiteit tegen een breed spectrum van micro-organismen.

Ze hebben echter enkele beperkingen. Beter inzicht op moleculaire schaal in hun gedrag is moeilijk vanwege hun verschillende afmetingen in de verspreide fase. Dankzij de vooruitgang van nanowetenschap en nanotechnologie zijn er verschillende nieuwe nanomaterialen geproduceerd met interessante fysisch-chemische eigenschappen die een groot aantal toepassingen ten goede komen. Dit geldt ook voor ultrakleine metalen nanoclusters (maat 25SR₁₈ NC’s worden het meest intensief bestudeerd. Het moleculaire begrip van Au₂₅SR₁₈ NC’s zijn goed vastgesteld door gebruik te maken van röntgenkristallografie, elektrospray-ionisatiespectroscopie, moleculaire dynamica en dichtheidsfunctionaaltheorie-analyses.

Over het algemeen verschillen de fysisch-chemische eigenschappen van gouden nanoclusters van hun nanodeeltjes-tegenhangers vanwege hun ultrakleine grootte (nanodeeltjes, die continue of semi-continue energieniveaus hebben, gouden nanoclusters hebben een onderscheidende discrete elektronische structuur en moleculaire eigenschappen, zoals verbeterde fotoluminescentie, intrinsiek magnetisme, intrinsieke chiraliteit en discreet redoxgedrag. Ook zijn de fysisch-chemische eigenschappen van gouden nanoclusters meer afhankelijk van grootte en atoom dan van gouden nanodeeltjes, die een collectief karakter hebben. Daarom kunnen deze eigenschappen opmerkelijk worden afgestemd door ligand en metaal. engineering. Voorbeelden van ligand-engineering zijn onder meer het variëren van het aantal en de samenstelling van liganden, en het wijzigen van ligandtypen, lengte en functionele groepen. Metal-engineering kan een variërend metaalaantal en -samenstelling inhouden. Deze strategieën zijn nuttig voor de engineering van met ligand beschermde gouden nanoclusters.

IIUM-onderzoeker Dr. Ricca Rahman Nasaruddin heeft gewerkt aan Au₂₅SR₁₈ NC’s voor katalyse sinds haar doctoraatsstudie en heeft een moleculair begrip verworven van de rol van liganden in katalytische toegankelijkheid, activiteit, reactieroute en reactiemechanisme. Momenteel werken zij en haar collega’s aan het verbeteren van de stabiliteit van de metalen nanocluster-katalysatoren door ze te immobiliseren op verschillende ondersteunende materialen die kunnen worden verkregen uit landbouw- en productieafval. Geïmmobiliseerde gouden nanoclusters op chitine geëxtraheerd uit garnaalafval hebben bijvoorbeeld de recycleerbaarheid van de gouden nanocluster-katalysatoren in 4-nitrofenolhydrogenering in oplossing verbeterd in vergelijking met vrije gouden nanoclusters, die niet kunnen worden teruggewonnen na de katalytische reactie.

“Gelegeerde goud-zilver nanoclusters hebben betere antimicrobiële activiteiten in vergelijking met de enkele gouden en zilveren nanoclusters”, zegt Dr. Ricca Rahman Nasaruddin.

Ze werken ook aan het produceren van nanoclusters van goud-zilverlegeringen die worden beschermd door glutathion voor antimicrobiële toepassingen. Deze nieuwe legering nanomaterialen kunnen verder worden gebruikt in verschillende antimicrobiële toepassingen zoals wondverbanden en desinfectiemiddel. Bovendien vertonen de goud-zilver nanoclusters van legeringen ook fotoluminescente eigenschappen die verder bestudeerd kunnen worden voor theranostische toepassingen. Het onderzoeksteam van Nasaruddin onderzoekt ook het potentieel van gouden nanoclusters in de ontwikkeling van diagnostiek en nanocosmetica.