Ett team av forskare har granskat en unik metod för att reformera strukturerna hos ultrasmå nanomaterial. Dessa nanomaterial, kallade metallnanokluster, överbryggar gapet mellan metallatomen och bulkmetallen, vilket gör dem mycket användbara i både grundläggande och tillämpad forskning. Metallnanokluster har potential för omfattande tillämpningar inom de biomedicinska områdena.
Teamets granskningsrapport publiceras i tidskriften Polyoxometalates .
Teamet undersökte fosfin-LEIST-reaktionen. Denna metod visar fördelar i metallnanoklusters strukturella modifiering och egenskapsmodulering. "Metoden vi granskade kan modulera den atomärt exakta strukturen hos metallnanokluster och reglera deras motsvarande prestanda", säger Man-Bo Li, professor vid Anhui University, Kina.
På grund av deras anmärkningsvärda storleksegenskaper och exakta strukturer fungerar nanokluster av metall som broar mellan nanopartiklar och molekyler. De ger forskare en utmärkt plattform för att studera nanomaterials struktur och egenskapsmodulering på atomnivå.
Under de senaste åren har forskare som arbetar inom metallnanoklusterkemi gradvis fokuserat mer på effekten av perifera ligander på metallnanokluster. Ligander är atomer eller molekyler som binder direkt till metalljonen.
Forskare har successivt insett att organiska liganders rumsliga struktur och bindningsläge avsevärt kan påverka egenskaperna hos metallnanokluster i termer av topologi och elektronisk struktur, löslighet, stabilitet och relaterade tillämpningar. Så ligandteknik håller på att bli en viktig gren av metallnanoklusterkemi.
Tidigare uppnåddes nanoklustersyntes genom metalldopning och direktsyntesmetoder. Ur den direkta syntesmetoden härledde forskare den ligandutbytesinducerade storleks-/strukturtransformationen (LEIST). Många nanokluster har syntetiserats med LEIST-metoden. Med LEIST har forskare fått en djupare förståelse av transformationsfenomenet i metallnanokluster och bredare tillämpningsmöjligheter.
Teamet undersökte fosfinligand-inducerade strukturella transformationer och motsvarande katalytiska och optiska prestandareglering av metallnanokluster. De ville lösa motsättningen mellan stabiliteten och aktiviteten hos metallnanokluster.
"Det slutgiltiga målet är att förbereda ultrastabila och mycket aktiva metallnanokluster för praktiska tillämpningar. Den mest spännande tillämpningen skulle vara katalys eftersom metallnanokluster har exakta strukturer, rikliga ytaktiveringsplatser och återvinningsförmåga. De är idealiska industriella katalysatorer som kombinerar fördelarna av homogena och heterogena katalysatorer", sa Li.
Under de senaste åren har forskare föreslagit nya potentiella användningsområden för fosfinskyddade metallnanokluster genom att använda LEIST-metoden för fosfinligander. Fosfinligander kan transformera metallnanoklusters struktur i en top-down evolutionär process som "skalar" och "etsar" för olika mallnanokluster.
Fosfinligander kan också användas med andra syntesmetoder. Med tiden har forskare upptäckt fler och fler fosfinligander med olika funktionella egenskaper. Forskare använder dessa för att modifiera befintliga metallnanoklusterstrukturer. Fosfinligander erbjuder lovande potential för strukturell modifiering av metallnanokluster.
Teamets arbete belyser den avgörande betydelsen av att utveckla ett bredare utbud av funktionaliserade fosfinligander. "I takt med att fler och fler fosfinligander designas och syntetiseras, kommer tillämpningarna av metallnanokluster inom olika områden att utökas avsevärt", säger Li.
I sin granskning fokuserade teamet på de fosfininducerade strukturella transformationerna av metallnanokluster och deras resulterande prestandareglering. De lyfte fram fosfinligand-inducerade nanoklustertransformationer. De sammanfattade de många framgångarna med strukturell modifiering med fosfin-LEIST-metoden med användning av fosfiner.
De diskuterade också den synergistiska metodiken för fosfininducerad strukturell modifiering i kombination med andra syntetiska metoder. Slutligen sammanfattade de den potentiella rollen av fosfinligandteknik för att modulera metallnanoklusters egenskaper, såsom optiska och katalytiska aktiviteter.
Genom sin granskning fastställde teamet att de fosfininducerade omvandlingarna av atomärt precisa metallnanokluster lovar mycket som forskningsämnen och förtjänar ytterligare utforskning när det gäller att utveckla och tillämpa dessa metallnanokluster.
Mer information: Wenwen Fei et al, Strukturell modifiering och prestandareglering av atomärt precisa metallnanokluster av fosfin, Polyoxometalates (2023). DOI:10.26599/POM.2023.9140043
Tillhandahålls av Tsinghua University Press
