Metallnanopartiklar har ett brett spektrum av tillämpningar, från medicin till katalys, från energi till miljön. Men grunderna för adsorption - processen som tillåter molekyler att binda som ett lager till en fast yta - i förhållande till nanopartikelns egenskaper var ännu inte upptäckt.

Ny forskning från University of Pittsburgh Swanson School of Engineering introducerar den första universella adsorptionsmodellen som står för detaljerade nanopartiklars strukturella egenskaper, metallkomposition och olika adsorbater, vilket gör det möjligt att inte bara förutsäga adsorptionsbeteende på alla metallnanopartiklar utan även screena deras stabilitet, också.

Forskningen kombinerar beräkningskemimodellering med maskininlärning för att passa ett stort antal data och exakt förutsäga adsorptionstrender på nanopartiklar som inte tidigare har setts. Genom att ansluta adsorption till nanopartiklarnas stabilitet, nanopartiklar kan nu optimeras när det gäller deras syntetiska tillgänglighet och applikationsegenskaper. Denna förbättring kommer avsevärt att påskynda design av nanomaterial och undvika försök och felexperiment i labbet.

"Denna modell har potential att påverka olika områden inom nanoteknik med tillämpningar inom katalys, sensorer, separationer och till och med läkemedelstillförsel, " säger Giannis (Yanni) Mpourmpakis, Swanson Schools Bicentennial Alumni Faculty Fellow och docent i kemi- och petroleumsteknik, vars CANELa-labb utförde forskningen. "Vårt labb, liksom andra grupper, har utfört tidigare beräkningsstudier som beskriver adsorption på metaller, men detta är den första universella modellen som står för nanopartikelstorleken, form, metallkomposition och typ av adsorbat. Det är också den första modellen som direkt kopplar en applikationsegenskap, såsom adsorption och katalys, med nanopartiklarnas stabilitet. "