(Phys.org)—Nanopartiklar syntetiserade från ädla metaller som rutenium, rodium, palladium, silver (Ag), osmium, iridium, platina, och guld (Au) drar till sig ökad uppmärksamhet av forskare runt om i världen som letar efter framsteg inom sådana områden som biomedicin och katalysatorer.

Forskare från Argonne National Laboratory, Illinois Institute of Technology, och University of South Carolina som arbetar vid U.S. Department of Energy (DOE) i Argonne inklusive Advanced Photon Source (APS), har varit framgångsrika i att syntetisera och karakterisera monodispersa guldkärna silver-skal nanopartiklar med användning av en biomall som har potential som en vattenlöslig katalysator för att omvandla biomassa såsom döda träd, grenar och stubbar, trädgårdsklipp, träflis, och även kommunalt fast avfall till bränslen.

Ädelmetaller är attraktiva vägar för denna forskning eftersom, för en sak, till skillnad från basmetaller, de är korrosionsbeständiga när de utsätts för fuktig luft.

Bimetalliska kärna-skal-katalysatorer, där en metall är i mitten, dvs. kärnan, och den andra är vid ytan, eller skalet, ger utmärkande egenskaper, ofta bättre reaktivitet, eftersom kärnmetallpartikeln kan modifiera gittertöjningen av skalmetallen, vilket resulterar i en förskjutning av den elektroniska bandstrukturen hos skalmetallen.

Sådant kärnskal, nanometerstora partiklar studeras i de flesta nationella labb och universitet.

Inom området biooorganisk kemi, användningen av mallar för proteinburar har nyligen utvecklats som en lovande metod för syntes av nanopartikelkatalysatorer av enhetlig storlek.

I denna forskning, proteinburmallen är apoferritin (Apo), vilket är ferritinproteinet som saknar en järnkärna. Detta proteinkomplex består av 24 identiska underenheter och har en sfärisk form med en ytterdiameter på 12 nm och en inre hålighet på 8 nm, som visas i den medföljande bilden.

Kaviteten på 8 nm kan användas som plats för en "nanoreaktor" i vilken metallnanopartiklarna kan syntetiseras. Kopplingen mellan underenheterna består av 14 tomma kanaler, vardera 3-4 Å i diameter. Dessa fungerar som en väg mellan det yttre och inre av proteinkärnan.

Metalljonerna, som fungerar som nanoreaktorn, diffunderar in i den ihåliga kärnan av Apo genom dessa kanaler och efterföljande reduktion av metalljoner i kaviteten leder till en metallpartikel per Apo-ferritin.

Även om syntesen av kärn-skal nanopartiklar har föreslagits, Hittills har det inte funnits någon rapport om en framgångsrik syntes av kärna-skal nanopartiklar inuti Apo.

I en nyligen publicerad publikation i Journal of Materials Chemistry , forskarna i denna studie rapporterar för första gången syntes av vattenlösliga, Apo-inkapslad, Au-core Ag-shell nanopartiklar mindre än 5 nm i storlek och med en snäv storleksfördelning, använder en omodifierad Apo.

Partiklarna karakteriserades med användning av flera forskningstekniker:röntgenspridning med liten vinkel utförd vid röntgenvetenskapsavdelningens strållinje 12-ID av APS; utökad röntgenabsorption finstrukturmätningar vid Materials Research Collaborative Access Team 10-ID röntgenstrållinje, även vid APS; sveptransmissionselektronmikroskopi utförd vid Argonne Electron Microscopy Center; svepelektronmikroskopi vid Argonne Center for Nanoscale Materials; och snabb proteinvätskekromatografi utförd vid University of South Carolina.

Genom att noggrant övervaka mängden silverprekursor, forskarna lyckades kontrollera Ag-skalets tjocklek från ett lager till flera lager.

Denna metod bör leda vägen för beredning av andra kärn-skal nanopartiklar som kan fungera som nya, potentiellt högpresterande nanokatalysatorer för katalytiska biobränslereaktioner i framtiden.

Sådana kärna-skal nanopartiklar odlade på en proteinmall kan också utforskas för framtida läkemedelsleveranssystem.