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致力于纳米颗粒研究的前沿

更新时间:2020-07-22 19:54点击:

一个研究非常小的东西的领域正变得非常大:在过去的十年里,纳米颗粒的研究领域爆炸式发展。纳米颗粒大约只有1纳米大小,比一根人类头发的宽度还要小10万倍,用肉眼是看不到的,但研究人员正在发现它们在生物成像、能源和环境等领域的广泛用途。

在这样的尺度下,很难做到精确;然而,匹兹堡大学斯旺森工程学院(University of Pittsburgh's Swanson School of Engineering)的计算机辅助纳米与能源实验室(CANELa)正在推动这一领域的发展,他们模拟了在结构上具有原子精确度的金属纳米团簇。最新一期《道尔顿事务》的封面刊登了一篇突出他们的工作及其对纳米颗粒领域的影响的文章。

“这些非常小的系统的一个主要好处是,通过了解它们的确切结构,我们可以应用非常精确的理论,”Giannis“Yanni”Mpourmpakis说,他是200周年校友教员和化学工程副教授,领导CANELa。“从理论上讲,我们可以研究纳米团簇的性质如何取决于它们的结构。”

配体保护金属纳米团簇是一类独特的纳米材料,有时被称为“魔法尺寸”纳米团簇,因为它们在具有特定组成时具有很高的稳定性。在美国国家科学基金会(National Science Foundation)的资助下,他们的实验室在该领域取得的一项关键进展是,在表面模拟由特定数量的配体稳定的特定数量的金原子。

“对于较大的纳米颗粒,研究人员可能已经估计出每个结构上有多少原子,但是我们对这些纳米团簇的建模是精确的。我们可以写出精确的分子式,”迈克尔·考恩解释道,他是卡纳拉大学的研究生,也是这篇文章的第一作者。“如果你知道小系统的确切结构,你就可以调整它们,为催化创造活性位点,这是我们实验室最关注的。”

预测新的合金和之前未发现的魔法尺寸是该领域和实验室需要解决的下一步。该实验室使用计算化学方法来模拟已知的纳米团簇,但是建立一个完整的纳米团簇结构、性质和合成参数的数据库将是应用机器学习和创建一个预测框架的下一步。

这篇题为“阐明配体保护纳米簇结构”的前沿文章由英国皇家化学学会发表在《道尔顿交易》杂志上,作者是考恩和Mpourmpakis。