Aunque durante décadas los científicos han podido sintetizar nanopartículas en el laboratorio, el proceso es principalmente de prueba y error, y cómo se lleva a cabo realmente la formación es oscuro. Sin embargo, un estudio publicado recientemente en Comunicaciones de la naturaleza por ingenieros químicos de la Escuela de Ingeniería Swanson de la Universidad de Pittsburgh explica cómo se forman las nanopartículas metálicas.

Giannis Mpourmpakis es coautor de "Estabilidad termodinámica de nanoclusters metálicos protegidos con ligando" (DOI:10.1038 / ncomms15988), profesor asistente de ingeniería química y del petróleo, y el candidato a doctorado Michael G. Taylor. La investigación, completado en el Laboratorio de Energía y Nano Asistido por Computadora de Mpourmpakis (C.A.N.E.LA.), está financiado a través de un premio CAREER de la National Science Foundation y une la investigación anterior centrada en el diseño de nanopartículas para aplicaciones catalíticas.

"Aunque existe una amplia investigación sobre la síntesis de nanopartículas metálicas, realmente no hay una explicación racional de por qué se forma una nanopartícula, ", Dijo el Dr. Mpourmpakis." Queríamos investigar no solo las aplicaciones catalíticas de las nanopartículas, sino para dar un paso más y comprender la estabilidad y formación de las nanopartículas. Esta nueva teoría de la estabilidad termodinámica explica por qué los nanoclusters metálicos protegidos con ligandos se estabilizan en tamaños específicos ".

Un ligando es una molécula que se une a átomos de metal para formar núcleos de metal que son estabilizados por una capa de ligandos, por lo que comprender cómo contribuyen a la estabilización de nanopartículas es esencial para cualquier proceso de aplicación de nanopartículas. El Dr. Mpourmpakis explicó que las teorías anteriores que describían por qué los nanoclusters se estabilizaban en tamaños específicos se basaban en reglas empíricas de conteo de electrones:el número de electrones que forman una estructura electrónica de capa cerrada, pero muestran limitaciones ya que ha habido nanoclusters de metales sintetizados experimentalmente que no necesariamente siguen estas reglas.

"La novedad de nuestra contribución es que revelamos que para los nanoclusters sintetizables experimentalmente debe haber un buen equilibrio entre la fuerza de unión promedio del núcleo metálico del nanocluster, y la fuerza de unión de los ligandos al núcleo metálico, ", dijo." Entonces podríamos relacionar esto con las características estructurales y de composición de los nanoclusters, como el tamaño, número de átomos de metal, y número de ligandos.

"Ahora que tenemos una comprensión más completa de esta estabilidad, podemos adaptar mejor las morfologías de las nanopartículas y, a su vez, las propiedades, a aplicaciones que van desde el bioetiquetado de células individuales y la administración de fármacos dirigida a reacciones catalíticas, creando así procesos de producción más eficientes y sostenibles ".