Un equipo de investigación ha sintetizado con éxito un nanocluster metálico y ha determinado su estructura cristalina. Su estudio proporciona evidencia experimental para comprender y diseñar nanoclusters con propiedades específicas a nivel atómico. Los nanoclusters metálicos tienen una amplia gama de aplicaciones en el campo biomédico.
Su trabajo está publicado en la revista Polyoxometalates. .
Los científicos han mostrado interés en nanoclusters metálicos atómicamente precisos protegidos por ligandos porque tienen estructuras atómicas definidas y propiedades físicas y químicas excepcionales. Estas propiedades incluyen atributos como luminiscencia, quiralidad, electroquímica y catálisis.
Debido a estas propiedades, los nanoclusters metálicos son prometedores como catalizadores modelo ideales. Con su tamaño ultrapequeño, estos nanoclusters demuestran una alta actividad catalítica y son selectivos en muchas reacciones catalíticas.
Los nanoclusters metálicos protegidos por ligandos son nanoestructuras orgánicas-inorgánicas ultrapequeñas que demuestran una alta estabilidad en composiciones específicas. Debido a sus propiedades sintonizables, tienen potencial para una variedad de aplicaciones basadas en nanotecnología.
Los nanoclusters metálicos que comparten estructuras similares, pero que están formados por metales diferentes, brindan a los investigadores una oportunidad única para estudiar en profundidad la sinergia de los metales a nivel atómico. Para aprovechar completamente el potencial de estos nanoclusters metálicos en diversas aplicaciones, los investigadores deben poder sintetizar nanoclusters de aleaciones con estructuras similares pero composiciones metálicas distintas.
Esta síntesis permite a los investigadores realizar un examen exhaustivo de los factores que influyen en las propiedades de los nanoclusters. Aunque los investigadores han logrado avances significativos en la preparación de nanoclusters metálicos con estructuras similares, la disponibilidad de estos nanoclusters es limitada. La síntesis de nanoclusters metálicos similares es el siguiente paso esencial para los investigadores.
Con el tiempo, la investigación sobre estos nanoclusters de aleaciones ha atraído cada vez más atención entre los investigadores. Gracias a estudios anteriores, los investigadores han obtenido una comprensión preliminar del origen de las propiedades ópticas de los nanoclusters metálicos. Con esto, pueden obtener orientación teórica para diseñar nanoclusters con altos rendimientos cuánticos de fotoluminiscencia.
El equipo de investigación llevó a cabo un estudio del nanocluster de oro y plata [Au7 Ag8 (SPh)6 ((p-OMePh)3 P)8 ]NO3 (Au7 Ag8 ). Sintetizaron este nanocluster, analizaron su estructura cristalina y examinaron sus propiedades ópticas y electrocatalíticas de reducción de dióxido de carbono.
El equipo utilizó difracción de rayos X de monocristal, espectrometría de masas de ionización por electropulverización, espectroscopia de fotoelectrones de rayos X y análisis termogravimétrico para estudiar el nanocluster. Sus resultados experimentales coincidieron con sus cálculos teóricos.
"Nuestro trabajo puede ayudar a obtener una mejor comprensión del efecto de la sinergia de los metales en las propiedades ópticas y catalíticas a nivel atómico", dijo Shuxin Wang, profesor de la Facultad de Ciencia e Ingeniería de Materiales de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Qingdao. en China.
A modo de comparación, también sintetizaron un nanocluster de oro y cobre similar, [Au13 Cu2 (TBBT)6 ((p-ClPh)3 P)8 ]SbF6 (Au13 Cu2 ). Compararon las propiedades ópticas y electrocatalíticas de reducción de dióxido de carbono de los dos nanoclusters metálicos. Ambos nanoclusters metálicos exhiben la misma estructura central, que es fundamentalmente idéntica, pero son diferentes en sus composiciones metálicas.
Cuando compararon las propiedades ópticas y catalíticas de los dos nanoclusters, el Au7 Ag8 tenía un rendimiento cuántico de fotoluminiscencia que era considerablemente mayor que el rendimiento cuántico de fotoluminiscencia del Au13 Cu2 .
Descubrieron que, en comparación con el dopaje con cobre, el dopaje con plata mejoraba efectivamente el rendimiento cuántico de fotoluminiscencia del nanocluster en un factor de 7. Los dos nanoclusters también exhibieron diferentes propiedades catalíticas.
Cuando examinaron la reacción electrocatalítica de reducción de dióxido de carbono, la adición de una pequeña cantidad de cobre, aunque mejora la selectividad catalítica para la producción de monóxido de carbono, reduce al mismo tiempo la superficie electroquímicamente activa. A partir de su análisis estructural, el equipo atribuye la selectividad superior al monóxido de carbono al dopaje con cobre en el Au13. Cu2 nanoclúster.
En un electrocatalizador ideal, los investigadores querrían lograr un delicado equilibrio entre selectividad y preservación de una superficie electroquímicamente activa óptima. De cara al futuro, el equipo está trabajando para incorporar múltiples metales. "Esperamos lograr una catálisis sinérgica para mejorar la selectividad y la eficiencia", afirmó Wang.
Más información: Junto con Ma et al, Nanoclusters de aleación M 15 (M =Au/Ag/Cu) atómicamente precisos:análisis estructural, propiedades ópticas y electrocatalíticas de reducción de CO 2, polioxometalatos (2024). DOI:10.26599/POM.2024.9140054
Proporcionado por Tsinghua University Press
