(PhysOrg.com) -- För närvarande, cirka 20 procent av världens industriella produktion är baserad på katalysatorer - molekyler som kan öka hastigheten på kemiska reaktioner med miljarder faktorer. Olja, läkemedel, plast och otaliga andra produkter tillverkas av katalysatorer.

Många hoppas kunna göra nuvarande katalysatorer effektivare, vilket resulterar i mindre energiförbrukning och mindre föroreningar. Mycket aktiva och selektiva nanokatalysatorer, till exempel, kan användas effektivt för att bryta ned föroreningar, skapa vätebränsleceller, lagra väte och syntetisera finkemikalier. Utmaningen hittills har varit att utveckla en metod för att tillverka nanokatalysatorer i en kontrollerad, förutsägbart sätt.

I en rörelse i denna riktning, Yu Huang, en biträdande professor i materialvetenskap och teknik vid UCLA Henry Samueli School of Engineering and Applied Science, och hennes forskargrupp har föreslagit och demonstrerat ett nytt tillvägagångssätt för att producera nanokristaller med förutsägbara former genom att använda ytaktiva ämnen, biomolekyler som kan binda selektivt till vissa aspekter av kristallernas exponerade ytor.

Deras nya studie finns online i tidningen Naturkemi .

På nanoskala, materialens fysikaliska och kemiska egenskaper beror på materialens storlek och form. Det slutliga målet har varit att rationellt konstruera material för att uppnå programmerbara strukturer och förutsägbara egenskaper, därigenom producerar de önskade funktionerna. Ändå syntetiseras formade nanokristaller fortfarande i allmänhet genom trial-and-error, användning av icke-specifika molekyler som ytaktiva ämnen-ett resultat av oförmågan att hitta lämpliga molekyler för att kontrollera kristallbildning.

Huangs teams innovativa nya arbete kan förändra det, potentiellt leder till förmågan att rationellt producera nanokatalysatorer med önskade former och, därav, katalytiska egenskaper.

"I vår studie, vi kunde identifiera specifika biomolekyler - peptidsekvenser, i vårt fall - som kan känna igen en önskad kristallyta och producera nanokristaller exponerade med en viss yta för att kontrollera formen, sade Chin-Yi Chiu, en doktorand vid UCLA Engineering och huvudförfattare till studien.

"Facettspecifika biomolekyler kan användas för att styra tillväxten av nanokristaller, och viktigast av allt, nu kan vi göra det på ett förutsägbart sätt, sa Huang, senior författare till studien. "Detta är fortfarande ett första steg, men vi har övervunnit utmaningarna genom att hitta de mest specifika och selektiva peptidsekvenserna genom en rationell urvalsprocess."

Huangs team åstadkom detta genom att använda ett fagbibliotek som genererade en pool av peptidsekvenser. Teamet kunde sedan identifiera selektiviteten hos peptidsekvenser på olika kristallytor. Nästa steg, säger forskarna, är att ta reda på vad som händer på gränssnittet och kunna beskriva gränssnittets karakteriseringar.

"Vi känner inte till de molekylära detaljerna ännu - det är som den heliga gralen för molekylär biomimetik, " sa Huang. "Ta katalysatorn, till exempel. Om vi ​​kan förutsäga den syntetiserade katalysatorn för bara en yta, det kan ha mycket mer förbättrad aktivitet och selektivitet. Vi är fortfarande i den inledande fasen av vad vi verkligen vill göra, som är att se om vi så småningom kan programmera syntesen av materiella strukturer."

"Det har alltid varit ett personligt intresse att lära av den naturliga evolutionära urvalsprocessen och tillämpa den på forskning, " sade Chiu. "Det är särskilt tillfredsställande att kunna konstruera en rationell urvalsprocess för nanoskala material för att skapa nanokristaller med önskade former."