Cientistas da Rússia e da China descobriram uma série de nanopartículas novas e inesperadas e encontraram uma maneira de controlar sua composição e propriedades - as descobertas abrem novos caminhos no uso de nanopartículas. Os resultados de seu estudo foram publicados em Físico-Química Física Química.

Micro objetos, como nanopartículas, podem diferir de macro objetos (cristais, vidros) em termos de composição química e propriedades. Os dois pilares sobre os quais a nanotecnologia se apóia são a ampla diversidade de propriedades exibidas por nanopartículas do mesmo material, mas de tamanhos variados, e a capacidade de controlar suas propriedades. Contudo, tanto a pesquisa experimental quanto a teórica sobre a estrutura e composição das nanopartículas apresentam grandes dificuldades.

Usando o algoritmo evolutivo USPEX desenvolvido por Artem R. Oganov, professor da Skoltech e MIPT, cientistas da China e da Rússia estudaram uma ampla gama de composições de nanopartículas, e em particular, examinou duas classes de nanopartículas essenciais para a catálise:ferro-oxigênio e cério-oxigênio. Eles descobriram que as chamadas "nanopartículas mágicas" que exibem estabilidade aprimorada podem ter composições químicas inesperadas, por exemplo, Fe ₆ O ₄ , Fe ₂ O ₆ , Fe ₄ O ₁₄ , Ce ₅ O ₆ , e Ce ₃ O ₁₂ . Nanopartículas ricas em oxigênio, como Fe ₄ O ₁₄ , estável em condições normais, pode explicar a carcinogenicidade de nanopartículas de óxido. Os cientistas exploraram quantitativamente como as composições variam ao mudar a temperatura ou a pressão parcial do oxigênio.

"Nanoclusters estáveis ​​podem possuir composições químicas estranhas e inesperadas (por exemplo, Si ₄ O ₁₈ ou Ce ₃ O ₁₂ ) em condições normais, enquanto que para os cristais, isso geralmente é encontrado em condições extremas, como altas pressões, "diz Xiaohu Yu, o primeiro autor deste trabalho, Professor associado da Shaanxi University of Technology e ex-membro do laboratório Oganov no MIPT.

"O fato de as nanopartículas terem virtualmente as mesmas cristas, ilhas de estabilidade e mares de instabilidade como núcleos atômicos foram uma surpresa neste estudo. O núcleo atômico e as nanopartículas podem ser descritos como um agrupamento de dois tipos de partículas, por exemplo, ferro e oxigênio no nosso caso, ou prótons e nêutrons no caso de núcleos atômicos. Se você desenhar um mapa e plotar os números de cada tipo de átomo no cluster ao longo de seus eixos, você verá que a maioria dos aglomerados estáveis ​​forma cristas estreitas de estabilidade. Você também descobrirá ilhas de estabilidade bastante curiosas do ponto de vista químico. É perfeitamente concebível que nanopartículas estáveis ​​sirvam como blocos de construção elementares no crescimento de cristais - o assunto que me entusiasma desde os meus anos de escola. Quanto às ilhas de estabilidade, os grandes contribuintes para o estudo deles foram nossos renomados acadêmicos Flerov e Oganesyan com quem eu sonhava em trabalhar quando era criança, "disse Oganov.