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Un equipo de investigadores ha logrado crear y determinar la estructura cristalina de un nanocluster metálico, proporcionando evidencia experimental en su estudio para el diseño preciso y la comprensión de nanoclusters con propiedades adaptadas a nivel atómico. Los nanoclusters metálicos tienen un potencial significativo para una variedad de aplicaciones en el campo biomédico.
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El estudio fue publicado el 6 de febrero.Thedición 2024 de Polioxometalatos.
Los investigadores están fascinados por los nanoclusters metálicos atómicamente precisos y protegidos por ligandos debido a sus estructuras atómicas claramente definidas y sus excepcionales propiedades químicas y físicas. Estas propiedades incluyen quiralidad, luminiscencia, catálisis y electroquímica. Debido a estas propiedades, los nanoclusters metálicos tienen el potencial de ser catalizadores modelo perfectos. Su tamaño ultrapequeño les confiere una alta actividad catalítica y selectividad en numerosas reacciones catalíticas.
Los nanoclusters metálicos protegidos por ligandos son nanoestructuras orgánico-inorgánicas extremadamente pequeñas que son conocidas por su excelente estabilidad en ciertas composiciones. Sus propiedades sintonizables los convierten en candidatos prometedores para diversas aplicaciones basadas en la nanotecnología.
Los nanoclusters metálicos con estructuras similares pero diferentes composiciones metálicas ofrecen a los científicos una oportunidad exclusiva para estudiar en profundidad las sinergias metálicas a nivel atómico. Para explotar plenamente el potencial de estos nanoclusters en numerosas aplicaciones, los científicos deben poder sintetizar nanoclusters de aleaciones con estructuras similares pero con diferentes composiciones metálicas. Esta síntesis permite a los científicos estudiar exhaustivamente los factores que influyen en las propiedades de los nanoclusters.
Los científicos han logrado avances notables en la producción de nanoclusters metálicos con estructuras similares; Sin embargo, la disponibilidad de estos nanoclusters sigue siendo limitada. La producción de estos nanoclusters metálicos representa un siguiente paso importante para los científicos.
El estudio de los nanoclusters de aleaciones ha atraído cada vez más atención por parte de los científicos con el tiempo. Estudios anteriores han brindado a los científicos una comprensión fundamental de la causa de las propiedades ópticas de los nanoclusters metálicos. Esta comprensión permite a los científicos obtener orientación teórica para desarrollar nanoclusters con altos rendimientos cuánticos de fotoluminiscencia.
El equipo de investigación realizó un estudio exhaustivo del nanocluster de oro y plata. [Au7Ag8(SPh)6 ((p-OMePh)3P)8]NO3 (Ay7Agoctavo). Fabricaron este nanocluster, examinaron su estructura cristalina e investigaron sus propiedades ópticas y electrocatalíticas para la reducción de dióxido de carbono.
El equipo de investigación utilizó múltiples técnicas, incluida la espectroscopia de fotoelectrones de rayos X, la espectrometría de masas de ionización por electropulverización, la difracción de rayos X de cristal único y el análisis termogravimétrico para explorar el nanocluster. Sus resultados experimentales coincidieron bien con sus cálculos teóricos.
Nuestro trabajo puede contribuir a una mejor comprensión del efecto de la sinergia de los metales sobre las propiedades ópticas y catalíticas a nivel atómico.
Shuxin Wang, Profesor, Facultad de Ciencia e Ingeniería de Materiales, Universidad de Ciencia y Tecnología de Qingdao
Además, el equipo de investigación produjo un nanocluster similar de oro y cobre, [Au13Cu2(TBBT)6((p-ClPh)3P)8]SbF6 (Ay13Cu2), para comparacion. Compararon las propiedades electrocatalíticas y ópticas de estos dos nanoclusters metálicos para la reducción de dióxido de carbono. Aunque tienen la misma estructura central, que es esencialmente idéntica, los dos nanoclusters se diferenciaban en su composición metálica.
Cuando compararon las propiedades catalíticas y ópticas de los dos nanoclusters, los científicos descubrieron que Au7Agoctavo mostró un rendimiento cuántico de fotoluminiscencia significativamente mayor que el Au13Cu2. Descubrieron que el dopaje con plata mejoraba el rendimiento cuántico de fotoluminiscencia del nanocluster de manera más efectiva que el dopaje con cobre, incrementándolo en un factor de 7.
Los dos nanoclusters también mostraron diferentes propiedades catalíticas. En su estudio de la reacción electrocatalítica de reducción de dióxido de carbono, el equipo descubrió que, si bien agregar una pequeña cantidad de cobre mejoraba la selectividad catalítica para la producción de monóxido de carbono, también reducía la superficie electroquímicamente activa. Basándose en su análisis estructural, los investigadores atribuyeron la selectividad superior al monóxido de carbono al dopaje con cobre en el Au.13Cu2 Nanoclusters.
En un electrocatalizador perfecto, los científicos se esfuerzan por lograr un delicado equilibrio entre selectividad y mantenimiento de una superficie electroquímicamente activa óptima. En el futuro, los investigadores trabajarán en la integración de diferentes metales en sus nanoclusters.
Wang añadió: “Esperamos lograr una catálisis sinérgica para mejorar la selectividad y la eficiencia”.
Los investigadores incluyen a Along Ma, Jiawei Wang, Yang Zuo, Xiaoshuang Ma, Yifei Wang, Yonggang Ren y Shuxin Wang de la Facultad de Ciencia e Ingeniería de Materiales de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Qingdao, China.
El estudio cuenta con el apoyo financiero de la Taishan Scholar Foundation de la provincia de Shandong (China), la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China y el Excelente Equipo de Innovación Juvenil de la provincia de Shandong, y fondos iniciales de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Qingdao.
Referencia de la revista:
Mamá, A., et al. (2024) Nanoclusters de aleación M15 atómicamente precisos (M = Au/Ag/Cu): análisis estructural, CO óptico y electrocatalítico2 Propiedades de reducción. Polioxometalatos. doi: 10.26599/pom.2024.9140054.
Fuente: http://www.tup.tsinghua.edu.cn/en/index.html
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