Grâce en partie à leur électronique distincte, propriétés optiques et chimiques, les nanomatériaux sont utilisés dans un éventail d'applications diverses, de la production chimique à la médecine et aux dispositifs électroluminescents. Mais en introduisant un autre métal dans leur structure, également connu sous le nom de « dopage, " les chercheurs ne savent pas quelle position le métal occupera et comment il affectera la stabilité globale du nanocluster, augmentant ainsi le temps et les coûts d'expérimentation.

Cependant, Des chercheurs de la Swanson School of Engineering de l'Université de Pittsburgh ont développé une nouvelle théorie pour mieux prédire comment les nanoclusters se comporteront lorsqu'un métal donné est introduit dans leur structure. L'étude, "Thermodynamic Stability of Ligand-Protected Metal Nanoclusters" (DOI:10.1021/acs.jpclett.8b02679) a été présenté sur la couverture de l'ACS Journal des lettres de chimie physique . Les co-auteurs sont Giannis Mpourmpakis, le Bicentennial Alumni Faculty Fellow et professeur adjoint de génie chimique et pétrolier à la Swanson School, et Ph.D. candidat et boursier diplômé de la NSF Michael Taylor. Leurs résultats sont liés à des recherches antérieures axées sur la conception de nanoparticules pour des applications catalytiques.

« Ingénierie de la taille, la forme et la composition des nanoclusters est un moyen de contrôler leurs propriétés inhérentes », a déclaré le Dr Mpourmpakis. « En particulier, Les nanoclusters d'Au (or) protégés par un ligand sont une classe de nanomatériaux où le contrôle précis de leur taille a été réalisé. Nos recherches visaient à mieux prédire la formation de leurs homologues bimétalliques, ce qui nous permettrait de prédire plus facilement leur structure sans expérimentation excessive d'essais et d'erreurs en laboratoire. »

La recherche, complété dans le laboratoire de nano et d'énergie assistés par ordinateur du Dr Mpourmpakis (C.A.N.E.LA.), leur a permis de prédire par ordinateur les emplacements et les concentrations exacts de dopants dans les nanoclusters d'Au protégés par des ligands. Ils ont également découvert que leur théorie récemment développée, qui expliquait les tailles exactes des nanoclusters d'Au synthétisés expérimentalement, était également applicable aux nanoclusters bimétalliques, qui ont une polyvalence encore plus grande.

"Cette théorie computationnelle peut maintenant être utilisée pour accélérer la découverte de nanomatériaux et mieux guider les efforts expérimentaux, " dit le Dr Mpourmpakis. " Qui plus est, en testant cette théorie sur des nanoclusters bimétalliques, nous avons le potentiel de développer des matériaux qui présentent des propriétés sur mesure. Cela pourrait avoir un impact énorme sur la nanotechnologie. »