Forskare i Japan har hittat ett sätt att skapa innovativa material genom att blanda metaller med precisionskontroll. Deras tillvägagångssätt, baserat på ett koncept som kallas atomhybridisering, öppnar upp ett outforskat område inom kemi som kan leda till utveckling av avancerade funktionella material.

Multimetalliska kluster-vanligtvis sammansatta av tre eller flera metaller-väcker uppmärksamhet eftersom de uppvisar egenskaper som inte kan uppnås av enkelmetallmaterial. Om en mängd olika metallelement blandas fritt, det förväntas att ännu okända ämnen upptäcks och högfunktionella material utvecklas. Än så länge, ingen hade rapporterat att de multimetalliska klustren blandats med mer än fyra metallelement hittills på grund av ogynnsam separation av olika metaller. En idé för att övervinna denna svårighet är miniatyrisering av klusterstorlekar till en nanometer skala, som tvingar de olika metaller att blandas i ett litet utrymme. Dock, det fanns inget sätt att förverkliga denna idé.

Ett lag, inklusive Takamasa Tsukamoto, Takane Imaoka, Kimihisa Yamamoto och kollegor, har utvecklat en atomhybridiseringsmetod, som har insett den första syntesen någonsin av multimetalliska kluster som består av mer än fem metallelement med exakt kontroll av storlek och sammansättning. Denna metod använder en dendrimermall som fungerar som en liten "ställning" för att möjliggöra kontrollerad ackumulering av metallsalter. Efter exakt upptag av de olika metaller i dendrimer, multimetalliska kluster erhålls genom kemisk reduktion. I kontrast, en konventionell metod utan dendrimer ger förstoring av klusterstorlekar och separation av olika metaller. Teamet demonstrerade framgångsrikt bildandet av femelementkluster som består av gallium (Ga), indium (In), guld (Au), vismut (Bi) och tenn (Sn), samt järn (Fe), palladium (Pd), rodium (Rh), antimon (Sb) och koppar (Cu), och ett kluster med sex element bestående av Ga, I, Au, Bi, Sn och platina (Pt). Dessutom, de antyder möjligheten att skapa kluster som består av åtta metaller eller mer.

Denna atomhybridiseringsmetod med hjälp av dendrimermallen kan syntetisera ultralätta multimetalliska kluster med exakt kontroll av storlek och sammansättning. Det finns mer än 90 metaller i det periodiska systemet. Med oändliga kombinationer av metallelement, atomicitet och sammansättning, denna metod kommer att öppna upp ett nytt område inom kemi på en nanometer skala. Den aktuella studien markerar ett stort steg framåt när det gäller att skapa ännu okända innovativa material.