Los nanoclusters (NC) son materiales cristalinos que normalmente existen en la escala nanométrica. Están compuestos de átomos o moléculas en combinación con metales como cobalto, níquel, hierro y platino, y han encontrado varias aplicaciones interesantes en diversos campos, incluida la administración de fármacos, la catálisis y la purificación de agua.
Una reducción en el tamaño de las NC puede desbloquear un potencial adicional, permitiendo procesos como la catálisis de un solo átomo. En este contexto, la coordinación de moléculas orgánicas con átomos individuales de metales de transición parece prometedora para seguir avanzando en este campo.
Un enfoque innovador para reducir aún más el tamaño de las NC implica introducir átomos metálicos en películas monocapa autoensambladas sobre superficies planas. Sin embargo, es fundamental tener cuidado para garantizar que la disposición de los átomos metálicos en estas superficies no altere la naturaleza ordenada de estas películas monocapa.
Ahora, en un estudio reciente presentado en el Journal of Materials Chemistry C , el Dr. Toyo Kazu Yamada de la Escuela de Graduados en Ingeniería de la Universidad de Chiba, junto con Masaki Horie del Departamento de Ingeniería Química de la Universidad Nacional Tsing Hua, Satoshi Kera del Instituto de Ciencias Moleculares y Peter Krüger también de la Escuela de Graduados de Ingeniería de la Universidad de Chiba ha demostrado el crecimiento superficial de átomos de cobalto en conjuntos de anillos moleculares a temperatura ambiente.
Hablando de este avance, el Dr. Yamada dice:"Este método avanzado de formación de nanoclusters funcionales con precisión a escala atómica se puede utilizar en el desarrollo de catalizadores altamente eficientes o en computación cuántica".
En el estudio, el equipo utilizó estructuras moleculares en forma de anillo llamadas "éteres de corona", que contienen anillos de benceno y bromo. Estas estructuras se utilizaron para atrapar y hacer crecer NC de cobalto en superficies planas de cobre. Las NC de cobalto resultantes eran de dos tamaños, 1,5 nm y 3,6 nm. Para comprender mejor sus propiedades y estructura, se emplearon varias técnicas, incluida la microscopía y espectroscopía de efecto túnel de barrido a baja temperatura (STM y STS), la espectroscopía de fotoelectrones con resolución de ángulo (ARPES) con difracción de electrones de baja energía (LEED) y la teoría funcional de la densidad ( DFT) cálculos.
El análisis reveló la formación de sitios superficiales estables a los que podrían unirse los átomos de cobalto. Además, se encontró que la formación de estos sitios superficiales estables estaba influenciada por la hibridación electrónica (mezcla) entre los éteres de la corona y el cobalto. Una vez atrapado el átomo de cobalto, actuó como un centro de nucleación, atrayendo otros átomos de cobalto para formar un NC. Además, a diferencia del comportamiento habitual de las moléculas de éter corona en solución, estas moléculas no atraparon el átomo de metal en el centro del anillo de la corona. En cambio, el átomo de metal estaba en el borde, debido a la presencia de átomos de bromo en ese lugar.
Al analizar el potencial a largo plazo de estos hallazgos, el Dr. Yamada dice:"El uso de este enfoque en aplicaciones como la catálisis de un solo átomo, la miniaturización de los medios espintrónicos y la computación cuántica contribuirá al desarrollo de una sociedad basada en la información en una forma que reduce el dióxido de carbono (CO2 ) producción."
En resumen, el equipo ha demostrado con éxito el crecimiento de las NC de cobalto explotando el potencial de captura de las moléculas bidimensionales de éter corona en una superficie de cobre. El comportamiento químico de las moléculas de éter corona se desvió de las interacciones típicas observadas en solución, al atrapar átomos de cobalto en el borde, y no en el centro. Es importante destacar que el método demostró una producción eficaz y a gran escala de NC con tamaño y morfología bien definidos a temperatura ambiente.
Más información: Toyo Kazu Yamada et al, Crecimiento en la superficie de nanoclusters de cobalto de metales de transición utilizando una matriz de éter de corona 2D, Journal of Materials Chemistry C (2023). DOI:10.1039/D3TC03339B
Proporcionado por la Universidad de Chiba
