Los nanoclusters de cobre formaron hermosos cristales rojos. Crédito: Revista de la Sociedad Química Estadounidense
Un nanocluster único de átomos de cobre creado por los investigadores de KAUST podría servir como hoja de ruta para guiar el diseño de nuevos catalizadores y agentes de imágenes.
Un nanocluster es un tipo de nanopartícula en la que los investigadores han identificado la disposición precisa de cada átomo, junto con sus longitudes y ángulos de enlace. Esta información detallada permite a los investigadores predecir las propiedades de los grupos relacionados, en función de su composición y estructuras. "Proporciona un modelo práctico para comprender las correlaciones intrínsecas entre la estructura y las propiedades físico-químicas a través de una combinación de experimentos y cálculos teóricos, "dice Ren-Wu Huang del Centro de Catálisis KAUST, parte del equipo detrás del nuevo descubrimiento.
Los nanoclusters suelen tener entre 1 y 3 nanómetros de ancho y están organizados en un núcleo y una capa. La estructura atómica del núcleo puede determinar la estructura del nanocluster, tamaño y propiedades ópticas, mientras que el caparazón afecta su estabilidad, solubilidad y actividad catalítica.
Nanoclusters que contienen cobre, la plata y el oro tienen usos potenciales como catalizadores, o como agentes de formación de imágenes luminiscentes no tóxicos en células vivas. Aunque los nanoclusters de plata y oro están bien estudiados, los nanoclusters de cobre se han descuidado bastante, en parte porque el metal tiende a reaccionar con el oxígeno del aire.
Las vistas lateral (izquierda) y superior (derecha) del nanocluster revelan que es un núcleo plano de 17 átomos de cobre (verde). El cúmulo tiene 64 átomos de cobre más en su capa (marrón), junto con moléculas que contienen azufre (amarillo), nitrógeno (azul) y carbono (gris). Los átomos de hidrógeno se omiten para mayor claridad. Crédito: Revista de la Sociedad Química Estadounidense
El equipo de KAUST ha creado el nanocluster de cobre más grande hasta la fecha, y lo están estudiando con una variedad de técnicas, incluyendo cristalografía de rayos X y espectrometría de masas de ionización por electropulverización. Cada grupo de 2,8 nanómetros de ancho contiene 81 átomos de cobre, 46 moléculas de bencenetiol, 10 moléculas de terc-butilamina y 32 iones hidruro.
Los nanoclusters generalmente tienen núcleos poliédricos rodeados por conchas simétricas. Pero el nuevo nanocluster de cobre tiene un núcleo plano de 17 átomos de cobre, dispuestas en un patrón repetitivo de triángulos. "Este tipo de núcleo plano nunca se ha observado en nanoclusters metálicos informados anteriormente, "dice Osman M. Bakr, quien lideró el equipo.
El nanocluster también tiene una capa hemisférica muy inusual que tiene 1,5 nanómetros de altura y está cubierta por moléculas de bencenetiol. Las diferencias entre las superficies curvas y planas del hemisferio sugieren que la cara plana tiene una mayor reactividad. Además, Los cálculos computacionales proporcionaron evidencia de que la disposición de estas moléculas podría ayudar a facilitar la transferencia de carga eléctrica entre diferentes grupos dentro de un cristal. lo que podría resultar crucial en aplicaciones futuras.
"El desarrollo de los nanoclusters de cobre está todavía en su infancia, "dice Huang". Por lo tanto, la siguiente etapa de nuestra investigación será la síntesis de nanoclusters de cobre con un tamaño mayor y una estructura novedosa, y explorar sus aplicaciones potenciales en el campo de la catálisis ".
