Delvis tack vare deras distinkta elektroniska, optiska och kemiska egenskaper, nanomaterial används i en rad olika tillämpningar från kemisk produktion till medicin och ljusemitterande enheter. Men när man introducerar en annan metall i sin struktur, även känd som "doping, "Forskare är osäkra på vilken position metallen kommer att inta och hur den kommer att påverka nanoklustrets övergripande stabilitet, vilket ökar experimenttiden och kostnaderna.

Dock, forskare från University of Pittsburghs Swanson School of Engineering har utvecklat en ny teori för att bättre förutsäga hur nanokluster kommer att bete sig när en given metall introduceras i deras struktur. Studien, "Thermodynamic Stability of Ligand-Protected Metal Nanoclusters" (DOI:10.1021/acs.jpclett.8b02679) fanns med på omslaget till ACS Journal of Physical Chemistry Letters . Medförfattare är Giannis Mpourmpakis, Bicentennial Alumni Faculty Fellow och biträdande professor i kemi- och petroleumteknik vid Swanson School, och Ph.D. kandidat och NSF Graduate Fellow Michael Taylor. Deras resultat ansluter till tidigare forskning fokuserad på att designa nanopartiklar för katalytiska tillämpningar.

"Konstruera storleken, form och sammansättning av nanokluster är ett sätt att kontrollera deras inneboende egenskaper", sa Dr. Mpourmpakis. "I synnerhet, Ligandskyddade Au (guld) nanokluster är en klass av nanomaterial där den exakta kontrollen av deras storlek har uppnåtts. Vår forskning syftade till att bättre förutsäga hur deras bimetalliska motsvarigheter bildas, vilket skulle tillåta oss att lättare förutsäga deras struktur utan överdrivet försök och fel experiment i labbet."

Forskningen, slutförd i Dr. Mpourmpakis datorstödda nano- och energilab (C.A.N.E.LA.), gjorde det möjligt för dem att beräkningsmässigt förutsäga de exakta dopmedelsplatserna och koncentrationerna i ligandskyddade Au-nanokluster. De upptäckte också att deras nyligen utvecklade teori, som förklarade de exakta storlekarna på experimentellt syntetiserade Au-nanokluster, gällde även bimetalliska nanokluster, som har ännu större mångsidighet.

"Denna beräkningsteori kan nu användas för att påskynda upptäckten av nanomaterial och bättre vägleda experimentella ansträngningar, " sa Dr. Mpourmpakis. "Och mer, genom att testa denna teori på bimetalliska nanokluster har vi potential att utveckla material som uppvisar skräddarsydda egenskaper. Detta kan ha en enorm inverkan på nanoteknik."