Onderzoekers ontwikkelen een techniek om in water oplosbare nanoclusters van legeringen te synthetiseren

De afgelopen jaren hebben ultrakleine metalen nanoclusters vooruitgang geboekt op gebieden variërend van bio-imaging en biosensing tot biotherapie, dankzij hun unieke moleculair-achtige eigenschappen.

In een studie gepubliceerd in het tijdschrift Polyoxometalatenheeft een onderzoeksteam van de Qingdao Universiteit voor Wetenschap en Technologie een ontwerp voorgesteld om atomair nauwkeurige, in water oplosbare nanoclusters van legeringen te synthetiseren.

“De nieuwigheid van deze studie zit in een nieuwe strategie voor de synthese van in water oplosbare nanoclusters van legeringen en een verdere bijdrage aan het fundamentele begrip van het legeringsmechanisme van metalen nanoclusters”, zegt studieauteur Xun Yuan van de Qingdao Universiteit voor Wetenschap en Technologie.

“Het uiteindelijke doel is om dergelijke legeringsnanoclusters te ontwikkelen als nieuwe nanogeneeskunde,” zei Yuan.

Nanoclusters bestaan ​​uit slechts enkele tot tientallen atomen, en de grootte van hun kernen is gewoonlijk minder dan 2 nanometer (nm). Omdat de ultrakleine omvang van de clusters dicht bij de Fermi-golflengte van elektronen ligt, wordt de continue band discontinu en wordt molecuulachtig met discrete energieniveaus. Bijgevolg vertonen de nanoclusters unieke optische en elektronische kenmerken.

Recente studies hebben aangetoond hoe nanoclusters van legeringen – gesynthetiseerd door het combineren van twee of meer verschillende metalen tot een monometallisch nanoclusterraamwerk – nieuwe geometrische structuren en extra functionaliteit kunnen genereren. Onderzoekers kunnen de fysische en chemische eigenschappen (bijvoorbeeld optisch, katalytisch en magnetisch) van metalen nanoclusters ‘afstemmen’. Bovendien vertonen nanoclusters van legeringen vaak synergetische of nieuwe eigenschappen die verder gaan dan die van monometallische nanoclusters.

De toegenomen belangstelling voor potentiële mogelijkheden heeft de recente activiteit aangespoord om nieuwe methoden te ontwikkelen voor het synthetiseren van nanoclusters van legeringen. Hoewel de correlaties tussen de grootte, morfologie en samenstelling van legeringsnanoclusters en hun fysisch-chemische eigenschappen goed zijn aangetoond, worden de problemen rond dopingprocessen en de dynamische reacties echter niet goed begrepen, aldus Yuan.

“Deze onopgeloste problemen zijn voornamelijk te wijten aan de technische beperkingen bij het karakteriseren van de distributie van legeringsatomen op atomair niveau, vooral bij het realtime volgen van de dynamische heteroatoombeweging in de nanodeeltjes van de legering tijdens de reacties, ” zei Yuan.

Bovendien werden de meeste van deze methoden benut voor nanoclusters van hydrofobe legeringen, wat de synthese van nanoclusters van wateroplosbare legeringen kan uitsluiten. Gezien de brede toepassing van in water oplosbare nanoclusters van legeringen in de biogeneeskunde en milieubescherming, is het ontwikkelen van nieuwe synthetische strategieën voor nanoclusters van in water oplosbare legeringen op atomair niveau van groot belang.

Met dit doel voor ogen ontdekten Yuan en medewerkers dat het zaaien van zilver- (Ag)-ionen de transformatie van op goud (Au) gebaseerde nanoclusters naar legering Au zou kunnen veroorzaken._18-xAg_X(GSH)₁₄ nanocluster die verder kan worden getransformeerd naar samenstellingsgefixeerde Au₂₆Ag(GSH)₁₇Kl₂ nanoclusters door goud (Au) ionen – waarbij GSH wateroplosbaar glutathion aanduidt. Bovendien is de positie van het enkele Ag-atoom van Au₂₆Ag(GSH)₁₇Kl₂ nanoclusters konden op het oppervlak worden geïdentificeerd.

“Onze resultaten zouden de modulatie van metalen nanodeeltjes op atoomniveau kunnen bereiken en een platform kunnen bieden voor de productie van legeringsfunctionele nanomaterialen voor specifieke toepassingen”, aldus Yuan. “Bovendien kan het verworven legeringsmechanisme het begrip van de eigenschappen en prestaties van gelegeerde nanomaterialen verdiepen, en bijdragen aan het genereren van nieuwe kennis op het gebied van nanomaterialen, chemie en nanoclusterwetenschap.”

In toekomstige studies zullen de onderzoekers deze legeringsnanoclusters gebruiken voor biomedische toepassingen.