Un domaine étudiant quelque chose de très petit devient très grand :au cours de la dernière décennie, le domaine de la recherche sur les nanoparticules a explosé. D'une taille d'environ un nanomètre, les nanoparticules sont 100, 000 fois plus petit que la largeur d'un cheveu humain et non visible à l'œil nu, mais les chercheurs en découvrent de larges utilisations dans des domaines allant de la bio-imagerie à l'énergie et à l'environnement.

En travaillant à cette échelle, il est difficile d'être précis; cependant, le Computer-Aided Nano and Energy Lab (CANELa) de la Swanson School of Engineering de l'Université de Pittsburgh fait progresser le domaine, modéliser des nanoclusters métalliques dont la structure est précise sur le plan atomique. Un article mettant en lumière leurs travaux et leur influence dans le domaine des nanoparticules fait la couverture du dernier numéro de Opérations Dalton .

"L'un des principaux avantages de ces très petits systèmes est qu'en connaissant leur structure exacte, nous pouvons appliquer une théorie très précise, " a déclaré Giannis " Yanni " Mpourmpakis, Bicentennial Alumni Faculty Fellow et professeur agrégé de génie chimique, qui dirige le CANELa. "Avec la théorie, nous pouvons alors étudier comment les propriétés des nanoclusters dépendent de leur structure."

Les nanoclusters métalliques protégés par un ligand sont une classe unique de nanomatériaux qui sont parfois appelés nanoclusters de « taille magique » en raison de leur grande stabilité lorsqu'ils ont des compositions spécifiques. L'une des principales avancées de leur laboratoire sur le terrain, avec le financement de la National Science Foundation, consiste à modéliser le nombre spécifique d'atomes d'or stabilisés par un nombre spécifique de ligands, à la surface.

"Avec des nanoparticules plus grosses, les chercheurs peuvent avoir une estimation du nombre d'atomes existant sur chaque structure, mais notre modélisation de ces nanoclusters est exacte. Nous pouvons écrire la formule moléculaire précise, " a expliqué Michael Cowan, étudiant diplômé au CANELa et auteur principal de l'article. "Si vous connaissez la structure exacte des petits systèmes, vous pouvez les adapter pour créer des sites actifs pour la catalyse, c'est ce sur quoi notre laboratoire se concentre le plus."

Prédire de nouveaux alliages et des tailles magiques jusqu'alors inconnues est la prochaine étape à laquelle le domaine et le laboratoire devront s'attaquer. Le laboratoire utilise des méthodes de chimie computationnelle pour modéliser des nanoclusters connus, mais en créant une base de données complète de la structure des nanoclusters, les paramètres de propriété et de synthèse seront la prochaine étape pour appliquer l'apprentissage automatique et créer un cadre de prédiction.

L'article de la frontière, intitulé "Vers l'élucidation de la structure des nanoclusters protégés par un ligand, " a été publié dans la revue Opérations Dalton par la Royal Society of Chemistry et a été rédigé par Cowan et Mpourmpakis.