Devido ao seu pequeno tamanho, as nanopartículas encontram aplicações variadas em campos que vão da medicina à eletrônica. Seu pequeno tamanho lhes permite uma alta reatividade e propriedade semicondutora não encontrada nos estados em massa. Sub-nanopartículas (SNPs) têm um diâmetro extremamente pequeno de cerca de 1 nm, tornando-os ainda menores do que as nanopartículas. Quase todos os átomos de SNPs estão disponíveis e expostos para reações, e portanto, Espera-se que os SNPs tenham funções extraordinárias além das propriedades das nanopartículas, particularmente como catalisadores para reações industriais. Contudo, preparação de SNPs requer controle fino do tamanho e composição de cada partícula em uma escala sub-nanométrica, tornando a aplicação de métodos de produção convencionais quase impossível.

Para superar isso, pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Tóquio liderados pelo Dr. Takamasa Tsukamoto e Prof. Kimihisa Yamamoto desenvolveram anteriormente o método de hibridização de átomos (AHM) que supera os testes anteriores de síntese SNP. Usando esta técnica, é possível controlar com precisão e projetar diversamente o tamanho e a composição dos SNPs usando um "molde macromolecular" denominado dendrímero de fenilazometina. Isso melhora sua atividade catalítica do que os catalisadores NP.

Agora, em seu último estudo publicado em Angewandte Chemie International Edition , a equipe levou sua pesquisa um passo adiante e investigou a reatividade química dos SNPs de liga obtidos por meio do AHM. "Criamos monometálicos, bimetálico, e SNPs trimetálicos (contendo um, combinação de dois, e combinação de três metais, respectivamente), todos compostos por elementos de metal de cunhagem (cobre, prata, e ouro), e testei cada um para ver o quão bom catalisador é cada um deles, "relata o Dr. Tsukamoto. Sua atividade catalítica foi testada na reação de oxidação de olefinas, compostos feitos de hidrogênio e carbono com ampla utilização industrial.

Ao contrário das nanopartículas correspondentes, os SNPs criados foram considerados estáveis ​​e mais eficazes. Além disso, SNPs mostraram um alto desempenho catalítico, mesmo em condições mais amenas, em contraste direto com os catalisadores convencionais. Monometálico, bimetálico, e SNPs trimetálicos demonstraram a formação de diferentes produtos, e esta hibridização ou combinação de metais parecia mostrar uma maior frequência de turnover (TOF). A combinação trimetálica "Au ₄ Ag ₈ Cu ₁₆ "mostrou o TOF mais alto porque cada elemento de metal desempenha um papel único, e esses efeitos trabalham em conjunto para contribuir para a alta atividade de reação.

Além disso, SNP criou hidroperóxido seletivamente, que é um composto de alta energia que normalmente não pode ser obtido devido à instabilidade (veja a Figura 2). Reações leves sem alta temperatura e pressão realizadas em catalisadores SNP resultaram na formação estável de hidroperóxido, suprimindo sua decomposição.

Quando questionados sobre a relevância dessas descobertas, Prof Yamamoto afirma:"Demonstramos, pela primeira vez, que a hidroperoxigenação de olefinas pode ser catalisada sob condições extremamente suaves usando partículas de metal na faixa de tamanho quântico. A reatividade foi significativamente melhorada nos sistemas de liga, especialmente para as combinações trimetálicas, que não foi estudado anteriormente. "

A equipe enfatizou que, devido à extrema miniaturização das estruturas e à hibridização de diferentes elementos, os metais de cunhagem adquiriram uma reatividade alta o suficiente para catalisar a oxidação mesmo sob condições amenas. Essas descobertas provarão ser uma chave pioneira na descoberta de sub-nanomateriais inovadores a partir de uma ampla variedade de elementos e podem resolver crises de energia e problemas ambientais nos próximos anos.