Sintetizzato per la prima volta un nanocluster di oro superfluorurato, formato da un nucleo di soli 25 atomi di oro, al quale sono legate 18 molecole fluorurate a struttura ramificata.
Il lavoro è frutto della collaborazione tra il SupraBioNano Lab (SBNLab) del Dipartimento di chimica, materiali e ingegneria chimica “Giulio Natta” del Politecnico di Milano, in collaborazione con l’Università di Bologna e la Aalto University di Helsinki.
Il lavoro è stato recentemente pubblicato sulla prestigiosa rivista Nature Communications.
I cluster metallici
I cluster metallici sono una classe innovativa di nanomateriali molto complessi, caratterizzati da dimensioni molto piccole (<2nm) e da speciali proprietà chimico-fisiche, tra cui la luminescenza e l’attività catalitica, che ne permettono l’applicazione in diversi campi scientifici. Questi ultimi possono essere: la medicina di precisione, dove i nanocluster metallici vengono impiegati come sonde innovative per applicazioni diagnostiche e terapeutiche e la transizione energetica, dove vengono applicati come efficienti catalizzatori per la produzione di idrogeno verde.
La cristallizzazione dei nanocluster metallici
La cristallizzazione dei nanocluster metallici offre la possibilità di ottenere campioni ad elevata purezza, che consentono di determinare la loro struttura atomica fine, ma ad oggi è un processo difficile da controllare.
In questo studio, i metodi sviluppati hanno promosso la cristallizzazione del nanocluster permettendone la determinazione della struttura atomica, ottenuta attraverso la diffrazione di raggi X presso il Sincrotrone Elettra di Trieste.
Il risultato finale è la descrizione strutturale del nano-oggetto fluorurato più complesso mai riportato fino a questo momento.
Grazie alla presenza di un guscio completamente fluorurato, contenente quasi 500 atomi di fluoro, il nanocluster d’oro viene stabilizzato dalle numerose interazioni tra gli atomi di fluoro dei leganti, promuovendone la cristallizzazione”, afferma il prof. Giancarlo Terraneo.
“Lo studio della struttura di questi nanomateriali avanzati sarà presto possibile anche presso il Politecnico di Milano, dove sta nascendo, anche grazie al contributo di Regione Lombardia, Next-Game (Next-Generation advanced materials), un laboratorio dedicato all’utilizzo di strumenti a raggi X di ultima generazione per la caratterizzazione di cristalli, nanoparticelle e colloidi”, conclude il prof. Pierangelo Metrangolo, referente di Next-Game.
Le interazioni tra gli atomi di fluoro all’interno del nanocluster e tra i nanocluster sono state razionalizzate con tecniche di chimica quantistica al Dipartimento di Chimica “G.Ciamician” dell’Università di Bologna dalla dr.ssa Angela Acocella e dal prof. Francesco Zerbetto.
Ad aver contribuito allo studio anche la prof.ssa Valentina Dichiarante, la prof.ssa Francesca Baldelli Bombelli, la dr.ssa Claudia Pigliacelli e il prof. Giulio Cerullo del Dipartimento di Fisica del Politecnico di Milano, che ha studiato le caratteristiche ottiche del nanocluster, evidenziando l’impatto dei leganti fluorurati sull’attività ottica del nucleo d’oro.
Lo studio “High-resolution crystal structure of a 20 kDa superfluorinated gold nanocluster” C. Pigliacelli et al. Nat. Commun. 2022, 13, 2607 può essere consultato al seguente link: https://www.nature.com/articles/s41467-022-29966-2.
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