Desde medicamentos eficaces hasta sensores moleculares y pilas de combustible, Los racimos de metales se están volviendo fundamentalmente útiles en la salud, medio ambiente, y sectores energéticos. Esta diversa funcionalidad de los conglomerados surge de la variabilidad en tamaño y tipo. Ahora, científicos dirigidos por el profesor Yuichi Negishi, del Departamento de Química Aplicada de la Universidad de Ciencias de Tokio, Añádase a esta historia en curso explicando la dinámica de la aleación de oro y plata protegida con tiolato de metal en solución. Esto ayuda a comprender la estabilidad, geometría, y la sostenibilidad de estos clústeres para sus aplicaciones.

Los grupos de metales se forman cuando los átomos de metal se unen para formar grupos, en algún lugar entre el tamaño de una molécula y el de un sólido a granel. Recientemente, Estos grupos han ganado mucha atención debido a sus diversas capacidades químicas que dependen de su tamaño y composición. A diferencia del cerrado, colocar, y empaquetamiento estable observado en celosías de metal a granel, la geometría de estos grupos, que a menudo también gobierna su reactividad química, se basa en arreglos atómicos especiales que minimizan la energía. Es más, sus funcionalidades varían dependiendo del número de átomos constituyentes en el grupo. Debido a que estos factores a nivel micro gobiernan la actividad final a nivel macro de los clusters, comprender la dinámica de los conglomerados a escala atómica es fundamental. La exploración reciente en el campo de dichos grupos de metales ha permitido catalogar estos grupos como compuestos de composiciones químicas definidas.

Un grupo de metales tan interesante con propiedades catalíticas y luminiscencia es el grupo de aleación de oro y plata protegido con tiolato. Estos grupos de metales se forman cuando los grupos de oro y plata individuales protegidos con tiolato se mantienen juntos en una solución. Los racimos puros individuales se someten a intercambio de metales, como un "trueque" químico:un átomo de oro por plata. Si bien el método de reacción del complejo de clúster-metal (CMCR) se usa ampliamente, la dinámica real de la misma y el incentivo energético que impulsa tales procesos no se comprenden. Esto se convirtió en la semilla de la curiosidad del equipo del profesor Negishi, como ellos afirman, "El comportamiento dinámico de estos grupos en solución debe tenerse en cuenta para comprender los orígenes de la actividad catalítica y las propiedades de luminiscencia de los grupos de aleación de oro y plata, además de la estructura geométrica".

Para iluminar el comportamiento de intercambio de metales entre los grupos puros después de la síntesis, el equipo ideó un experimento basado en cromatografía de fase inversa. Se centraron en esta configuración porque diferencia las moléculas en función de las características electrónicas, es decir., si la molécula es polar (con un centro simultáneo positivo y negativo) o no polar (sin separación de carga).

El uso de esta configuración resultó útil, ya que el equipo informó que, De hecho, los isómeros estructurales individuales (distribución espacial y geométrica diferente para un grupo dado) cambian de solución aunque la masa del grupo permanece sin cambios. Esto indicó que había un intercambio intra-racimo de átomos metálicos, que cambió el estado electrónico del cúmulo a pesar de que la masa seguía siendo la misma. También informaron que después de la síntesis, Con el pasar del tiempo, la concentración de diferentes tipos estructurales de aleaciones de oro y plata en la solución cambió. Esto indicó que también estaba en juego un intercambio de metales entre grupos. Finalmente, Los investigadores también observaron que el intercambio de metales entre grupos se produce con mucha más frecuencia después de la síntesis y, finalmente, se ralentiza después de mantenerlo durante mucho tiempo. Asignaron esto a la diferencia de estabilidad y energía entre las diferentes estructuras. "Las geometrías metaestables formadas inicialmente probablemente se conviertan en geometrías termodinámicamente estables a través del intercambio de metales entre grupos (e intra-grupos) en solución, "explica el profesor Negishi.

Los científicos verificaron sus afirmaciones sobre la dinámica observada de la reacción del complejo clúster-metal (CMCR) mediante la realización de un estudio comparativo con el procedimiento de síntesis alternativo. Ya que, procedimientos tradicionales (Co-Reducción de Iones Metálicos) produce aleaciones en condiciones severas, sólo las estructuras termodinámicamente y energéticamente favorables ven la luz del día. Por lo tanto, se forman estructuras predominantemente estables, lo que indica que el intercambio de metales está relativamente suprimido. Esto se opuso a los grupos formados por el CMCR donde inicialmente se observan firmas para varias especies. Mientras el tiempo pasa, como todas las cosas en la naturaleza, las especies inestables tratan de reorganizarse en especies estables. ¿Cómo? A través del intercambio de metales, ¡por supuesto!

Para resumir, El profesor Negishi afirma:"Estos resultados demuestran que los grupos de aleación de oro y plata tienen diferentes estructuras geométricas (y distribuciones) inmediatamente después de la síntesis, dependiendo del método de síntesis. De este modo, su comportamiento dinámico en solución también depende del método de síntesis ".

El estudio de grupos con diferentes tamaños y composiciones de núcleos es emocionante, ya que ofrece oportunidades interesantes para aprovechar nuevas propiedades físicas y químicas. Pero eso no es todo:también proporciona una idea de sus relaciones estructura-propiedad, casi como asomarse a la "vida social" de los átomos.