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May 04, 2023

La ricerca rivoluzionaria del chimico UF rivela la precisione atomica nelle reazioni chimiche complesse

Illustration of nanomaterial by Liliia/Adobe Stock. By Lauren Barnett — June

Illustrazione del nanomateriale di Liliia/Adobe Stock.

Di Lauren Barnett – 6 giugno 2023

Un gruppo di ricerca del Dipartimento di Chimica dell'Università della Florida, guidato dal chimico Chenjie Zeng, ha dimostrato con successo che reazioni chimiche complesse che coinvolgono nanomateriali possono essere eseguite con una precisione senza precedenti a livello atomico. La ricerca rappresenta un passo avanti nel potenziale sviluppo di nanomateriali avanzati. I risultati del loro studio, pubblicati su Nature Synthesis, forniscono preziose informazioni sulla chimica di trasformazione a livello atomico dei nanomateriali e presentano nuove opportunità di applicazione in vari settori.

Il nuovo studio si concentra sulla nanosintesi di precisione, una tecnica innovativa che consente agli scienziati di manipolare gli elementi costitutivi dei nanomateriali controllando gli ingredienti di partenza, i percorsi e i prodotti finali. I risultati ampliano la nostra comprensione dei nanocluster di semiconduttori, minuscole strutture composte da decine o centinaia di atomi nel nucleo e dozzine di molecole sulla superficie che possono essere adattate per applicazioni specifiche in elettronica, fotonica, catalisi e conversione di energia.

"Dimostrando la prima trasformazione chimica atomicamente precisa dei nanocluster di semiconduttori, abbiamo dimostrato che la sintesi di precisione può essere estesa dalla scala molecolare alla nanoscala mediante una progettazione razionale", ha affermato Zeng.

Zeng è entrata a far parte della facoltà dell'Università della Florida nel 2019, dove dirige lo Zeng Research Group. Con la sua guida e competenza, il gruppo è stato in prima linea nella ricerca pionieristica nella nanochimica di precisione. Il progetto di ricerca ha coinvolto gli sforzi di collaborazione di Zeng e dello studente laureato Fuyan Ma, che hanno svolto un ruolo chiave nella progettazione e conduzione di esperimenti per realizzare la precisione atomica nella nanosintesi trasformativa. Il lavoro è supportato anche dalle strutture di ricerca della UF Chemistry, tra cui la cristallografia a raggi X, la risonanza magnetica nucleare e la spettrometria di massa.

Zeng e Ma hanno esaminato da vicino uno specifico nanocluster chiamato seleniuro di cadmio (CdSe), svelando i segreti dietro diverse caratteristiche dei nanocluster e i meccanismi di reazione nel processo. Sono stati in grado di svelare l'origine della chiralità, o l'asimmetria dei cluster di semiconduttori, che affonda le sue radici nella rottura della simmetria della struttura icosaedrica del seleniuro da parte della coordinazione tetraedrica del cadmio. Hanno anche scoperto la fonte della polarità, o la distribuzione della carica elettrica all’interno di questi ammassi, che deriva dalla distribuzione asimmetrica delle molecole che proteggono la superficie.

Oltre al prodotto, la trasformazione precisa consente anche la visualizzazione atomica dei meccanismi complessi sulla superficie del cluster, a livello intra-cluster e inter-cluster. Grazie a queste nuove conoscenze, gli scienziati possono avanzare con preziose informazioni sul comportamento dei nanocluster e far avanzare la progettazione di un'ampia gamma di materiali con le proprietà desiderate.

"Speriamo di mostrare l'immenso potenziale della precisione atomica nella sintesi dei nanomateriali", ha affermato Zeng.

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