Ett fält som studerar något väldigt litet blir väldigt stort:​​Under det senaste decenniet har området nanopartikelforskning har exploderat. Ungefär en nanometer stor, nanopartiklar är 100, 000 gånger mindre än bredden en hårstrå och kan inte ses med blotta ögat, men forskare upptäcker bred användning för dem inom områden som sträcker sig från bioimaging till energi och miljö.

Arbetar i denna skala, det är svårt att vara exakt; dock, Computer-Aided Nano and Energy Lab (CANELa) vid University of Pittsburghs Swanson School of Engineering utvecklar fältet, modellera metallnanokluster som är atomprecis i strukturen. En artikel som belyser deras arbete och dess inflytande på området nanopartiklar finns på omslaget till det senaste numret av Dalton -transaktioner .

"En stor fördel med dessa mycket små system är att genom att veta deras exakta struktur, vi kan tillämpa mycket exakt teori, "sa Giannis" Yanni "Mpourmpakis, Bicentennial Alumni Faculty Fellow och docent i kemiteknik, som leder CANELa. "Med teori kan vi sedan undersöka hur egenskaper hos nanokluster beror på deras struktur."

Ligandskyddade metallnanokluster är en unik klass av nanomaterial som ibland kallas nanokluster med "magisk storlek" på grund av deras höga stabilitet när de har specifika kompositioner. En av de viktigaste framstegen som deras lab har gjort på fältet, med finansiering från National Science Foundation, är i modellering av det specifika antalet guldatomer som stabiliserats med ett specifikt antal ligander, på ytan.

"Med större nanopartiklar, forskare kan ha en uppskattning av hur många atomer som finns på varje struktur, men vår modellering av dessa nanokluster är exakt. Vi kan skriva ut den exakta molekylformeln, "förklarade Michael Cowan, doktorand i CANELa och huvudförfattare till artikeln. "Om du vet den exakta strukturen för små system kan du skräddarsy dem för att skapa aktiva platser för katalys, vilket är det som vårt laboratorium fokuserar mest på. "

Att förutsäga nya legeringar och tidigare oupptäckta magiska storlekar är nästa steg som fältet - och labbet - kommer att behöva ta itu med. Labbet använder beräkningskemiska metoder för att modellera kända nanokluster, men skapar en komplett databas med nanoklusterstruktur, egenskap och syntesparametrar blir nästa steg för att tillämpa maskininlärning och skapa en ram för förutsägelser.

The Frontier -artikeln, med titeln "Mot belysning av ligandskyddade nanoklusters struktur, "publicerades i tidningen Dalton -transaktioner av Royal Society of Chemistry och författades av Cowan och Mpourmpakis.