Ett forskarlag har framgångsrikt syntetiserat ett nanokluster av metall och bestämt dess kristallstruktur. Deras studie ger experimentella bevis för att förstå och designa nanokluster med specifika egenskaper på atomnivå. Metallnanokluster har omfattande tillämpningar inom det biomedicinska området.
Deras arbete publiceras i tidskriften Polyoxometalates .
Forskare har visat intresse för ligandskyddade atomärt precisa metallnanokluster eftersom de har bestämda atomstrukturer och exceptionella fysikaliska och kemiska egenskaper. Dessa egenskaper inkluderar attribut som luminescens, kiralitet, elektrokemi och katalys.
På grund av dessa egenskaper lovar nanokluster av metall som idealiska modellkatalysatorer. Med sin ultrasmå storlek uppvisar dessa nanokluster hög katalytisk aktivitet och är selektiva i många katalytiska reaktioner.
Ligandskyddade metallnanokluster är ultrasmå organisk-oorganiska nanostrukturer som visar hög stabilitet vid specifika kompositioner. På grund av deras avstämbara egenskaper har de potential för en mängd olika nanoteknikbaserade tillämpningar.
Metallnanokluster som delar liknande strukturer, men som består av olika metaller, ger forskare en unik möjlighet till djupgående studier av metallsynergin på atomnivå. För att helt kunna utnyttja potentialen hos dessa metallnanokluster i olika applikationer måste forskare kunna syntetisera legerade nanokluster med liknande strukturer men distinkta metallsammansättningar.
Denna syntes gör det möjligt för forskare att göra en omfattande undersökning av de faktorer som påverkar nanoklustrens egenskaper. Även om forskare har gjort betydande framsteg i att förbereda metallnanokluster med liknande strukturer, är tillgången på dessa nanokluster begränsad. Syntesen av liknande metallnanokluster är ett viktigt nästa steg för forskare.
Med tiden har forskning om dessa legerade nanokluster väckt ökad uppmärksamhet bland forskare. Från tidigare studier har forskare fått en preliminär förståelse för ursprunget till de optiska egenskaperna hos metallnanokluster. Med detta kan de få teoretisk vägledning för att designa nanokluster med höga fotoluminescenskvantutbyten.
Forskargruppen genomförde en studie av guldsilvernanoklustret [Au7 Ag8 (SPh)6 ((p-OMePh)3 P)8 ]NEJ3 (Au7 Ag8 ). De syntetiserade detta nanokluster, analyserade dess kristallstruktur och undersökte dess optiska och elektrokatalytiska egenskaper för reduktion av koldioxid.
Teamet använde enkristallröntgendiffraktion, elektrosprayjoniseringsmasspektrometri, röntgenfotoelektronspektroskopi och termogravimetrisk analys för att studera nanoklustret. Deras experimentella resultat matchade deras teoretiska beräkningar.
"Vårt arbete kan hjälpa till att få en bättre förståelse av effekten av metallsynergi på optiska och katalytiska egenskaper på atomnivå", säger Shuxin Wang, som är professor vid College of Materials Science and Engineering vid Qingdao University of Science and Technology i Kina.
Som jämförelse syntetiserade de också ett liknande guldkopparnanokluster, [Au13 Cu2 (TBBT)6 ((p-ClPh)3 P)8 ]SbF6 (Au13 Cu2 ). De jämförde de optiska och elektrokatalytiska koldioxidreduktionsegenskaperna hos de två metallnanoklustren. Båda dessa metallnanokluster uppvisar samma kärnstruktur, som i grunden är identisk, men de är olika i sin metalliska sammansättning.
När de jämförde de optiska och katalytiska egenskaperna hos de två nanoklustren, Au7 Ag8 hade ett fotoluminescenskvantutbyte som var betydligt större än fotoluminescenskvantutbytet för Au13 Cu2 .
De upptäckte att silverdopning jämfört med koppardopning effektivt förbättrade nanoklustrets fotoluminescenskvantutbyte med en faktor 7. De två nanoklustren uppvisade också olika katalytiska egenskaper.
När de undersökte den elektrokatalytiska koldioxidreduktionsreaktionen, minskade tillsatsen av en liten mängd koppar, samtidigt som den förbättrade den katalytiska selektiviteten för kolmonoxidproduktion, samtidigt den elektrokemiskt aktiva ytarean. Från sin strukturella analys tillskriver teamet den överlägsna kolmonoxidselektiviteten till koppardopningen i Au13 Cu2 nanokluster.
I en idealisk elektrokatalysator skulle forskare vilja uppnå en delikat balans mellan selektivitet och bevarande av en optimal elektrokemiskt aktiv yta. När vi ser framåt arbetar teamet med att införliva flera metaller. "Vi hoppas kunna uppnå synergistisk katalys för ökad selektivitet och effektivitet", säger Wang.
Mer information: Tillsammans med Ma et al, Atomiskt exakta M 15 (M =Au/Ag/Cu) legeringsnanokluster:Strukturanalys, optiska och elektrokatalytiska CO 2 -reduktionsegenskaper, Polyoxometalater (2024). DOI:10.26599/POM.2024.9140054
Tillhandahålls av Tsinghua University Press
