Pentagonala nanorods har en unik morfologi som ger intressanta sammansättnings- och formberoende egenskaper - inklusive utmärkt stabilitet och hög katalytisk aktivitet - som gör dem till utmärkta kandidater för industriella katalysatorer. Nu, forskare i Singapore har utvecklat en enkel kemisk process för att odla enhetliga femkantiga nanorods bestående av guld och koppar. Dessa nya material katalyserar lätt den direkta alkyleringen av en amin med en alkohol, gör dem användbara inom materialkemi och nanoteknik.

"Vi har framgångsrikt syntetiserat guld-koppar femkantiga nanorods med kontrollerad storlek och sammansättning genom en frömedierad tillväxtväg, " förklarar ledande forskare Jackie Ying från A*STAR Institute of Bioengineering and Nanotechnology. "Fröna" är flera kristaller av långsträckta gulddekaedrar, sammanfogade av delade ansikten – ett arrangemang som kallas multipla-twinning.

För att skapa nanoroderna, teamet placerade guldfröna i en lösning innehållande en kopparprekursor och applicerad värme – en process som producerade nästan enhetliga femkantiga nanorods (se bild).

Yings team visade att de kunde kontrollera längden på dessa nanorods genom att ändra mängden guldfrön som läggs till kopparprekursorn. Genom att lägga till ett förhållande på 1:1 mellan guld och koppar producerade nanorods som blev ungefär 15 nanometer långa medan ett förhållande på 1:2 gav nanorods ungefär 19 nanometer långa, och ett 1:3-förhållande producerade nanorods cirka 24 nanometer långa. Diametern på nanoroderna förblev densamma, dock, oberoende av förhållandet mellan metaller som används.

Möjligheten att kontrollera storleken och sammansättningen av nanoroderna gör att det är lättare att kontrollera egenskaperna hos de bimetalliska guld-koppar-nanopartiklarna jämfört med nanopartiklar gjorda av bara en metall, Yang förklarar.

Nästa, teamet utvärderade den katalytiska aktiviteten hos dessa guld-koppar nanorods i en kol-kväve-bindning-bildande reaktion - den direkta alkyleringen av en amin med en alkohol. "Denna vätelånestrategi är en attraktiv syntetisk metod för C-N-bindning eftersom det är en miljövänlig process som endast producerar vatten som en biprodukt, säger Ying.

Nanoroderna undersöktes som katalysatorer för denna reaktion med användning av modellsubstraten p-toluensulfonamid och bensylalkohol. "Vår heterogena katalysator visade högre katalytisk aktivitet mot C-N-kopplingsreaktionen och bättre återvinningsbarhet jämfört med kommersiellt tillgängliga katalysatorer, " säger Ying.

Utöver katalys, Ying förutspår att dessa nya material kan vara användbara inom elektronik, kemisk avkänning och till och med biomedicin. Hennes team planerar nu att använda nanoroderna som själva frön för att syntetisera nanopartiklar som består av en guld-kopparkärna omgiven av ett skal av ett annat material, som platina, för energitillämpningar.