Forskning vid King Abdullah University of Science and Technology (KAUST), Saudiarabien, finner att silveratomer kan skapas till ett lådformat nanokluster genom noggrant urval av ligandmolekyler.

När ett litet antal metallatomer samlas, de kan bete sig mer som molekyler eller superatomer, med elektroner delade mellan alla atomkärnor. Dessa nanokluster uppvisar ny kemikalie, elektriskt och optiskt beteende som kan leda till utvecklingen av nya katalysatorer, optoelektroniska strukturer och andra komponenter för nanoteknik.

Forskare vid KAUST har gjort betydande framsteg när det gäller att kontrollera strukturen och funktionen hos nanokluster för att producera ett unikt lådformat kluster med 67 silveratomer med en central kärna av 23 atomer inuti en yttre låda med 44 atomer.

"Vi försöker ta reda på reglerna som styr hur dessa kluster bildas, sa Osman Bakr, KAUST docent i materialvetenskap och teknik och ledare för forskargruppen.

Lådformen är mycket sällsynt, och så att demonstrera hur man gör lådor och stavar kommer att ge en ny nivå av kontroll till nanoklustersyntes. Nyckeln till att kontrollera sammansättningen av nanoklustren ligger i valet av organiska (kolbaserade) kemiska grupper som kallas ligander som omger metallatomerna.

Bakr noterade att forskarna kan utforska olika former av kluster genom att experimentera med strukturen av ligander. De fann att en blandning av fosforhaltiga grupper som kallas fosfiner och svavelhaltiga tioler tillät silveratomernas ovanliga lådform att samlas i ligandskalet.

"När vi ändrar formen på dessa kluster, vi får intressanta nya fastigheter, " sa Bakr. Han hoppas att hans teams utforskning av nanoklusterkemi kan visa vägen för att utveckla nya katalysatorer för att påskynda kemiska reaktioner som kommer att ha användning inom industrin och kanske även inom läkemedelsvetenskapen.

En huvudfaktor av intresse för att producera lådformade kluster är att det avslöjar hur man kan införa "riktighet" i klustren. Bakr förklarade att detta är den svåra utmaningen att skapa kluster som är strukturerade olika i olika riktningar, till skillnad från de mer lättframställda perfekt symmetriska formerna.

En annan innovation som KAUST-gruppen utvecklar och som representeras av detta senaste arbete är användningen av silveratomer i nanokluster snarare än det mer vanligt använda guldet.

"Silver är ungefär en tiondel av guld, en ekonomisk faktor som kan vara mycket betydelsefull när man tillämpar dessa innovationer på möjlig nanoteknik, " påpekade Bakr.

KAUST-forskarna har tidigare visat att noggrann kontroll av klusterdesign kan generera silverkluster som beter sig ungefär som guld. och nu tillverkar de silverkluster i en större mängd olika former.