Uma equipe de pesquisa sintetizou com sucesso um nanoaglomerado de metal e determinou sua estrutura cristalina. Seu estudo fornece evidências experimentais para a compreensão e projeto de nanoaglomerados com propriedades específicas em nível atômico. Nanoaglomerados metálicos têm amplas aplicações no campo biomédico.



Seu trabalho foi publicado na revista Polyoxometalates .

Os cientistas demonstraram interesse em nanoaglomerados metálicos atomicamente precisos protegidos por ligantes porque possuem estruturas atômicas definidas e propriedades físicas e químicas excepcionais. Essas propriedades incluem atributos como luminescência, quiralidade, eletroquímica e catálise.

Por causa dessas propriedades, os nanoaglomerados metálicos são promissores como modelos de catalisadores ideais. Com seu tamanho ultrapequeno, esses nanoaglomerados demonstram alta atividade catalítica e são seletivos em muitas reações catalíticas.

Nanoaglomerados metálicos protegidos por ligantes são nanoestruturas orgânicas-inorgânicas ultrapequenas que demonstram alta estabilidade em composições específicas. Devido às suas propriedades ajustáveis, eles têm potencial para uma variedade de aplicações baseadas em nanotecnologia.

Nanoaglomerados metálicos que compartilham estruturas semelhantes, mas são compostos de metais diferentes, oferecem aos pesquisadores uma oportunidade única para um estudo aprofundado da sinergia metálica em nível atômico. Para aproveitar completamente o potencial desses nanoaglomerados metálicos em diversas aplicações, os pesquisadores precisam ser capazes de sintetizar nanoaglomerados de liga com estruturas semelhantes, mas composições metálicas distintas.

Esta síntese permite aos pesquisadores realizar um exame abrangente dos fatores que influenciam as propriedades dos nanoclusters. Embora os pesquisadores tenham feito progressos significativos na preparação de nanoaglomerados metálicos com estruturas semelhantes, a disponibilidade desses nanoaglomerados é limitada. A síntese de nanoaglomerados metálicos semelhantes é um próximo passo essencial para os pesquisadores.

Com o tempo, a pesquisa sobre esses nanoaglomerados de ligas atraiu cada vez mais atenção entre os pesquisadores. A partir de estudos anteriores, os pesquisadores obtiveram uma compreensão preliminar da origem das propriedades ópticas dos nanoaglomerados metálicos. Com isso, eles podem obter orientação teórica para projetar nanoclusters com altos rendimentos quânticos de fotoluminescência.

A equipe de pesquisa realizou um estudo do nanoaglomerado de ouro e prata [Au₇ Ag₈ (SPh)₆ ((p-OMePh)₃ P)₈ ]NÃO₃ (Au₇ Ag₈ ). Eles sintetizaram este nanoaglomerado, analisaram sua estrutura cristalina e examinaram suas propriedades ópticas e eletrocatalíticas de redução de dióxido de carbono.

A equipe usou difração de raios X de cristal único, espectrometria de massa por ionização por eletrospray, espectroscopia de fotoelétrons de raios X e análise termogravimétrica para estudar o nanoaglomerado. Seus resultados experimentais corresponderam aos seus cálculos teóricos.

"Nosso trabalho pode ajudar na obtenção de uma melhor compreensão do efeito da sinergia metálica nas propriedades ópticas e catalíticas em nível atômico", disse Shuxin Wang, professor da Faculdade de Ciência e Engenharia de Materiais da Universidade de Ciência e Tecnologia de Qingdao. na China.

Para efeito de comparação, eles também sintetizaram um nanoaglomerado de ouro e cobre semelhante, [Au₁₃ Cu₂ (TBBT)₆ ((p-ClPh)₃ P)₈ ]SbF₆ (Au₁₃ Cu₂ ). Eles compararam as propriedades ópticas e eletrocatalíticas de redução de dióxido de carbono dos dois nanoaglomerados metálicos. Ambos os nanoaglomerados metálicos exibem a mesma estrutura central, que é fundamentalmente idêntica, mas são diferentes em suas composições metálicas.

Quando compararam as propriedades ópticas e catalíticas dos dois nanoaglomerados, o Au₇ Ag₈ teve um rendimento quântico de fotoluminescência que foi consideravelmente maior do que o rendimento quântico de fotoluminescência para o Au₁₃ Cu₂ .

Eles descobriram que, em comparação com a dopagem com cobre, a dopagem com prata melhorou efetivamente o rendimento quântico da fotoluminescência do nanoaglomerado por um fator de 7. Os dois nanoaglomerados também exibiram propriedades catalíticas diferentes.

Quando examinaram a reação eletrocatalítica de redução de dióxido de carbono, a adição de uma pequena quantidade de cobre, ao mesmo tempo que aumenta a seletividade catalítica para a produção de monóxido de carbono, reduz simultaneamente a área superficial eletroquimicamente ativa. A partir de sua análise estrutural, a equipe atribui a seletividade superior ao monóxido de carbono à dopagem de cobre no Au₁₃ Cu₂ nanoaglomerado.

Em um eletrocatalisador ideal, os pesquisadores desejariam alcançar um equilíbrio delicado entre seletividade e preservação de uma área superficial eletroquimicamente ativa ideal. Olhando para o futuro, a equipe está trabalhando para incorporar vários metais. “Esperamos alcançar catálise sinérgica para maior seletividade e eficiência”, disse Wang.

Mais informações: Ao longo de Ma et al, Nanoaglomerados de liga M 15 (M =Au/Ag/Cu) atomicamente precisos:Análise estrutural, propriedades de redução óptica e eletrocatalítica de CO 2, Polioxometalatos (2024). DOI:10.26599/POM.2024.9140054
Fornecido pela Imprensa da Universidade de Tsinghua