I samarbete med experimentalister från Gents universitet, Belgien och Utrechts universitet, Nederländerna, forskare vid Nanoscience Center (NSC) vid Jyväskylä universitet, har nyligen upptäckt att valet av ett bärarmaterial för modellkatalysatorer, gjorda av guld nanokluster skyddade av organiska molekyler, kan ha drastiska effekter på katalysatorns struktur. På vissa stöd, klustren sönderfaller helt, medan på andra, det organiska skyddsskiktet skalar bort och lämnar kvar de intakta metalliska nanoklustren som kan fungera som katalysatorer för en önskad reaktion. Forskningen publicerades i Chemistry-A European Journal (2020).

Katalysatorer är viktiga för att producera kemikalier som används i vårt dagliga liv. De sparar mycket energi och gör kemiska reaktioner snabbare jämfört med deras okatalyserade motsvarigheter.

Nanomaterial, speciellt metalliska nanokluster används ofta på grund av sin höga effektivitet och placeras vanligtvis på ett inaktivt oxidstöd för dessa applikationer. Dock, dessa nanokluster är ibland mindre stabila, och skyddas därför med ett lager av organiska molekyler. Denna studie är ett viktigt steg mot designen, kontrollera, och syntes av atomärt exakta stödda katalysatorer med skräddarsydda fysikaliska och kemiska egenskaper.

Guld nanokluster (Aun) av olika storlekar skyddade av organiska fosfinmolekyler deponerades på fyra olika underlag och deras egenskaper mättes med hjälp av röntgenabsorptionsspektroskopi. På Brönsted-syraunderlag (ytor som har en tendens att ge bort protoner), klustren var helt fragmenterade och bröt upp Au-klustret, medan på Lewis-syrabärare (ytor som har en tendens att få elektroner) skalades det organiska fosfinskiktet bort och lämnade det metalliska Aun-klustret som bevarar den ursprungliga storleken på klustret.

De teoretiska modellerna som utvecklats i Jyväskylä förklarade de experimentella observationerna genom att studera laddningsöverföringen mellan stödet och klustren.

Denna studie publicerades i den internationella publikationsserien Chemistry-A European Journal och erkänt som ett "hett" papper. En bild som beskriver verket valdes också ut som omslag i tidskriftens senaste nummer den 2 juni, 2020.

I Jyväskylä, postdoktorand Nisha Mammen, Professor Karoliina Honkala, och akademiprofessor Hannu Häkkinen ansvarade för den teoretiska delen av arbetet. Forskningen stöddes av Finlands Akademi. Datorsimuleringarna i studien utfördes i de lokala universitetssuperdatorerna samt de från CSC—IT Center for Science.