Nauwkeurige roeromstandigheden zijn de sleutel tot het optimaliseren van de synthese van nanostructuren

Roeren zorgt voor homogenisatie en efficiënte gasuitwisseling – dit feit is al tientallen jaren bekend. Het regelen van de roersnelheid tijdens de nanoclustersynthese is cruciaal voor het bereiken van nanostructuren met goed gedefinieerde groottes, structuren, optische eigenschappen en stabiliteit.

Dit inzicht werd benadrukt in een recent onderzoek gepubliceerd in Klein onder leiding van directeur Bartosz A. Grzybowski van het Centrum voor Algoritmische en Gerobotiseerde Synthese binnen het Instituut voor Fundamentele Wetenschappen.

Voor de case study koos de groep de synthese van fluorescerende zilveren nanoclusters in het klassieke natriumboorhydride/glutathionsysteem. De onderzoekers realiseerden zich dat de levering van zuurstof aan het synthetische mengsel op het juiste moment en met de juiste snelheid een doorslaggevende factor kan zijn voor het resultaat van de synthese.

Het was mogelijk om de eigenschappen van de verkregen structuren nauwkeurig af te stemmen – van onstabiel en niet-fluorescerend tot sterk fluorescerend – door alleen de roeromstandigheden te controleren. Zelfs een heel kleine verandering in de grootte van de roerstaaf, van 25 bij 12 mm naar 20 bij 10 mm, terwijl dezelfde roersnelheid werd aangehouden, resulteerde systematisch in een niet-fluorescerend product.

Bovendien werd zuurstof bepaald als een factor die de structuur en functionele eigenschappen van zilver nanoclusters dicteert. Het leveren van grote hoeveelheden zuurstof met behulp van nauwkeurige roercondities resulteerde in de creatie van fluorescerende zilver nanoclusters die een opmerkelijke stabiliteit hebben en die hun fluorescentie meer dan twee jaar behielden.

“Als chemicus was ik behoorlijk verbaasd dat zuurstof zilver niet gewoon ‘ruïneerde’/oxideerde. In plaats daarvan werd de fluorescentie zo langdurig omdat zuurstof werd opgenomen in het zilverrooster van de zich vormende nanoclusters,” aldus directeur Grzybowski, het hoofd van de groep.

De ongekende stabiliteit van deze zilveren nanoclusters kan de deur openen voor breder gebruik in katalyse, biosensortechnologie en bio-imaging.

Deze studie vergroot het inzicht in de relatie tussen de structuur en eigenschappen van nanostructuren en maakt de weg vrij voor een flexibeler ontwerp van nanomaterialen met op maat gemaakte eigenschappen. Ook wordt het bereik van hun potentiële toepassingen vergroot.