Los nanoclusters metálicos son estructuras diminutas y cristalinas de hasta dos nanómetros (2 x 10 -9 metros) de diámetro que contienen desde unos pocos hasta cientos de átomos metálicos. Comprender el ensamblaje preciso de los nanoclusters metálicos es fundamental para determinar cómo las diferentes estructuras afectan las propiedades y las interacciones moleculares de estos materiales.
Los investigadores sintetizaron recientemente dos compuestos similares de oro y plata (Au9 Ag6 ) nanoclusters de una manera altamente controlada para determinar la estructura atómica precisa de cada nanocluster y los efectos de ligandos de tiol específicos, o moléculas de unión que contienen azufre, en la síntesis de materiales.
Dado su tamaño extremadamente pequeño, los nanoclusters metálicos tienen propiedades únicas y aplicaciones potenciales en nanomedicina, ingeniería química y mecánica cuántica. Los químicos de la Universidad de Anhui utilizaron recientemente dos ligandos de tiol diferentes, SPh p OMe y SPh o Yo, para determinar cómo afectaría cada ligando a Au9 Ag6 síntesis de nanoclusters.
Sorprendentemente, dependiendo del ligando de tiol utilizado, los nanoclusters formaron diferentes estructuras superred de orden superior en las que se repetían diferentes conformaciones del material en la estructura. En este caso, el ligando tiol fue responsable de crear un ABAB (para el Au9 Ag6 -SPh p OMe nanocluster) o un ABCDABCD (para el Au9 Ag6 -SPh o Me nanocluster) patrón de estructura de superred según el ligando de tiol utilizado.
El equipo publicó sus resultados en Polyoxometalates .
"El nivel más alto de conocimiento en Nanociencia es la precisión atómica. Por eso... la ciencia estructural es tan importante en la Nanociencia y otros campos como la Química Estructural y la Biología Estructural. Al estudiar el patrón de ensamblaje de nanoclusters metálicos con precisión atómica, [obtenemos] el "El conocimiento más esencial sobre la evolución de las estructuras moleculares y supramoleculares... y las correlaciones estructura-propiedad", dijo Xi Kang, autor del artículo e investigador en el Departamento de Química y Centro de Ingeniería Atómica de Materiales Avanzados de la Universidad de Anhui en Anhui, China. /P>
El equipo utilizó difracción de rayos X de cristal único (SC-XRD) y espectrometría de masas de ionización por electropulverización (ESI-MS) para verificar la estructura exacta de cada nanocluster de oro y plata sintetizado, utilizando SPh p OMe o SPh o Yo como ligando de tiol. Curiosamente, el ligando tiol utilizado durante la síntesis cambió el empaquetamiento de los átomos de oro y plata dentro del núcleo del nanocluster y no solo la estructura externa del nanocluster. Los datos sugirieron una estructura más contraída para el SPh o Nanocluster de oro y plata con ligando Me (Au9 Ag6 -SPh o Yo) en comparación con el SPh p Nanocluster de ligando OMe (Au9 Ag6 -SPh p OMe).
El equipo de investigación también observó que las longitudes de los enlaces metal-metal eran responsables del Au9 adicional. Ag6 -SPh o Me variantes estructurales (ABCD) en comparación con el Au9 Ag6 -SPh p Nanoclusters OMe (AB).
Las diferentes estructuras moleculares entre el Au9 Ag6 -SPh o Yo y Au9 Ag6 -SPh p Los nanoclusters de OMe cambiaron las estructuras de superred de los materiales, así como sus propiedades ópticas. Inicialmente, el equipo descubrió que las absorciones ópticas de los dos materiales eran similares, lo que indicaba que los nanoclusters poseían estructuras y configuraciones electrónicas similares.
Por el contrario, la intensidad de fotoluminiscencia del Au9 Ag6 -SPh o Los nanoclusters a longitudes de onda de luz de 795 nm y 785 nm eran mayores que Au9 Ag6 -SPh p Nanoclusters de OMe (795 nm y 758 nm) en solución y estado cristalino, respectivamente. Los autores atribuyeron estos cambios de propiedades ópticas al aumento de las interacciones de unión no covalentes en el Au9. Ag6 -SPh o Mi estructura de nanocluster, o combinaciones distintas del acoplamiento electrónico y las vías de desintegración no radiativa de origen reticular que ocurren a través de interacciones electrón-fonón para dos nanoclusters.
"Este trabajo no sólo revela dos nanoclusters que muestran disposiciones dramáticamente diferentes en sus unidades cristalinas debido al fuerte efecto del ligando, sino que también destaca que... la ingeniería de ligandos debería ser una estrategia efectiva para diseñar ensamblajes basados en clusters altamente ordenados con estructuras y rendimientos personalizados". dijo Kang.
Con esta mejor comprensión de los efectos del ligando tiol en el ensamblaje de nanoclusters, el equipo de investigación espera aplicar este conocimiento para crear nuevos nanoclusters con diferentes estructuras y propiedades. "El estudio de nanoclusters debería dirigirse a su siguiente paso:la aplicación práctica. Esperamos que los hallazgos de este trabajo... sienten las bases para la fabricación de nanomateriales ensamblados basados en clusters con altos valores de aplicación. Los trabajos futuros se centrarán en promover la ingeniería de ligandos estrategia para nanomateriales ensamblados basados en clusters y promover aún más sus aplicaciones en diferentes campos, especialmente... la óptica", dijo Kang.
Otros contribuyentes incluyen a Peiyao Pan, Di Zhang, Xuejuan Zou y Manzhou Zhu del Departamento de Química y Centro de Ingeniería Atómica de Materiales Avanzados, Laboratorio Clave de Estructura y Regulación Funcional de Materiales Híbridos del Ministerio de Educación, Institutos de Ciencias Físicas y Tecnología de la Información. y el Laboratorio Clave de Química para Materiales Funcionalizados Híbridos Inorgánicos/Orgánicos de la Universidad de Anhui en Anhui, China, de la provincia de Anhui.
Más información: Peiyao Pan et al, Conjunto cristalino de nanoclusters correlacionado con ligando con precisión atómica, Polioxometalatos (2023). DOI:10.26599/POM.2023.9140035
Proporcionado por Tsinghua University Press
