Nanoklasteri (NC) su kristalni materijali koji obično postoje na nanometarskoj skali. Sastoje se od atoma ili molekula u kombinaciji sa metalima kao što su kobalt, nikl, gvožđe i platina, i našli su nekoliko zanimljivih primena u različitim oblastima, uključujući isporuku lekova, katalizu i prečišćavanje vode.
Smanjenje veličine NC-a može otključati dodatni potencijal, omogućavajući procese kao što je kataliza sa jednim atomom. U ovom kontekstu, koordinacija organskih molekula sa pojedinačnim atomima prelaznog metala obećava dalji napredak u ovoj oblasti.
Inovativni pristup daljem smanjenju veličine NC uključuje uvođenje atoma metala u samo-sastavljene jednoslojne filmove na ravnim površinama. Međutim, ključno je biti oprezan kako bi se osiguralo da raspored atoma metala na ovim površinama ne poremeti uređenu prirodu ovih jednoslojnih filmova.
Sada, u nedavnoj studiji predstavljenoj u Journal of Materials Chemistry C , dr Tojo Kazu Jamada sa Fakulteta inženjerskih nauka na Univerzitetu Čiba, zajedno sa Masaki Horieom sa Odseka za hemijsko inženjerstvo na Nacionalnom univerzitetu Tsing Hua, Satoši Kera sa Institut za molekularne nauke i Peter Kruger takođe sa Fakulteta inženjerskih nauka na Univerzitetu Čiba prikazali su površinski rast atoma kobalta na nizovima molekularnih prstenova na sobnoj temperaturi.
Govoreći o ovom napretku, dr Jamada kaže: „Ovaj napredni metod formiranja funkcionalnih nanoklastera sa preciznošću na atomskoj skali može se koristiti u razvoju visoko efikasnih katalizatora ili u kvantnom računarstvu.“
U studiji, tim je koristio molekularne strukture u obliku prstena nazvane „krunski etri“, koji sadrže prstenove benzena i broma. Ove strukture su korišćene za hvatanje i uzgoj NC kobalta na ravnim bakarnim površinama. Dobijeni NC kobalta bili su dve veličine, 1,5 nm i 3,6 nm. Da bi se dalje razumele njihove osobine i struktura, korišćene su različite tehnike, uključujući skenirajuću tunelsku mikroskopiju i spektroskopiju na niskim temperaturama (STM i STS), fotoelektronsku spektroskopiju sa ugaonom rezolucijom (ARPES) sa niskom energetskom difrakcijom elektrona (LEED) i teoriju funkcionalne gustine ( DFT) proračuni.
Analiza je otkrila formiranje stabilnih površinskih mesta za koje bi se atomi kobalta mogli vezati. Pored toga, ustanovljeno je da je formiranje ovih stabilnih površinskih mesta pod uticajem elektronske hibridizacije (mešanja) između kraun etra i kobalta. Jednom kada je atom kobalta bio zarobljen, delovao je kao centar nukleacije, privlačeći druge atome kobalta da formiraju NC. Pored toga, za razliku od uobičajenog ponašanja molekula krunskog etra u rastvoru, ovi molekuli nisu uhvatili atom metala u centru krunskog prstena. Umesto toga, atom metala je bio na ivici, zbog prisustva atoma broma na toj lokaciji.
Govoreći o dugoročnom potencijalu ovih otkrića, dr Jamada kaže: „Upotreba ovog pristupa u aplikacijama kao što su kataliza sa jednim atomom, minijaturizacija medija spintronike i kvantno računarstvo doprineće razvoju društva zasnovanog na informacijama u način koji smanjuje proizvodnju ugljen-dioksida (CO 2 )“.
Ukratko, tim je uspešno demonstrirao rast NC kobalta iskorišćavanjem potencijala zarobljavanja dvodimenzionalnih molekula krunskog etra na površini bakra. Hemijsko ponašanje molekula kraun etra je odstupilo od tipičnih interakcija uočenih u rastvoru, tako što su atomi kobalta zarobljeni na ivici, a ne u centru. Važno je da je metoda pokazala efikasnu i masovnu proizvodnju NC sa dobro definisanom veličinom i morfologijom na sobnoj temperaturi.
