Gold Buckyballs, i “semi” di nanoparticelle spesso usati sono la stessa cosa

I chimici della Rice University hanno scoperto che minuscole particelle di “seme” d’oro, un ingrediente chiave in una delle ricette di nanoparticelle più comuni, sono la stessa cosa delle buckyball d’oro, molecole sferiche di 32 atomi che sono cugine delle buckyball di carbonio scoperte alla Rice in 1985.

I chimici della Rice University hanno scoperto che le molecole di fullerene d’oro a 32 atomi sono la stessa cosa delle particelle “seme” che gli scienziati hanno usato a lungo per sintetizzare una miriade di forme e dimensioni di nanoparticelle d’oro. Credito immagine: Jones lab/Rice University

I buckyball di carbonio sono molecole cave di 60 atomi che sono state co-scoperte e nominate dal defunto chimico Rice Riccardo Smalley.

Li ha soprannominati “buckminsterfullereneS” perché la loro struttura atomica gli ricordava le cupole geodetiche dell’architetto Buckminster Fuller, e la famiglia dei “fullerene” è cresciuta fino a includere dozzine di molecole cave.

Nel 2019, Chimici del riso Matteo Jones E Liang Qiao ha scoperto che i fullereni dorati sono le particelle di “seme” d’oro che i chimici usano da tempo per produrre nanoparticelle d’oro. La scoperta è arrivata solo pochi mesi dopo il prima sintesi riportata di buckyballs d’oro, e ha rivelato che i chimici avevano inconsapevolmente utilizzato le molecole d’oro per decenni.

Matthew Jones è Norman e Gene Hackerman Assistant Professor in Chimica e assistente professore di scienza dei materiali e nanoingegneria presso la Rice University. Credito immagine: Jeff Fitlow/Rice University

“Quello di cui stiamo parlando è, senza dubbio, il metodo più diffuso per generare qualsiasi nanomateriale”, ha detto Jones. “E il motivo è che è così incredibilmente semplice. Non hai bisogno di attrezzature specializzate per questo. Gli studenti delle scuole superiori possono farlo.

Jones, Qiao e coautori della Rice, della Johns Hopkins University, della George Mason University e della Princeton University hanno passato anni a raccogliere prove per verificare la scoperta e recentemente pubblicato i loro risultati in Natura Comunicazioni.

Jones, un assistente professore di chimica e scienza dei materiali e nanoingegneria alla Rice, ha affermato che la conoscenza che le nanoparticelle d’oro sono sintetizzate dalle molecole potrebbe aiutare i chimici a scoprire i meccanismi di tali sintesi.

“Questo è il quadro generale per cui questo lavoro è importante”, ha detto.

Jones ha affermato che i ricercatori hanno scoperto nei primi anni 2000 come utilizzare particelle di semi d’oro in sintesi chimiche che hanno prodotto molte forme di nanoparticelle d’oro, tra cui bastoncini, cubi e piramidi.

“È davvero allettante poter controllare la forma delle particelle, perché questo cambia molte delle proprietà”, ha detto Jones. “Questa è la sintesi che usano quasi tutti. È stato usato per 20 anni e per tutto quel periodo di tempo questi semi sono stati semplicemente descritti come ‘particelle’”.

I fullereni buckyball d’oro contengono ciascuno un nucleo interno cavo di 12 atomi d’oro (a sinistra) e un nucleo esterno d’oro di 20 atomi (al centro). I ligandi organici attaccati (a destra) stabilizzano la struttura. Credito immagine: Jones lab/Rice University

Jones e Qiao, un ex ricercatore post-dottorato nel laboratorio di Jonesnon stavano cercando l’oro-32 nel 2019, ma l’hanno notato nelle letture della spettrometria di massa.

IL scoperta di buckyball al carbonio-60 avvenne in modo simile. E le coincidenze non finiscono qui. Jones è Norman e Gene Hackerman Assistant Professor in Chimica alla Rice. Smalleyche ha condiviso il 1996 Premio Nobel per la Chimica con Riso Roberto Riccio e del Regno Unito Harold Krotoera una cattedra Hackerman in chimica alla Rice per molti anni prima della sua morte nel 2005.

La conferma che i semi ampiamente utilizzati erano molecole di oro-32 piuttosto che nanoparticelle hanno richiesto anni di sforzi, inclusa l’imaging all’avanguardia di Yimo Handel gruppo di ricerca della Rice e approfondite analisi teoriche da parte dei gruppi di entrambi Rigoberto Hernández alla Johns Hopkins e André Clayborne presso Giorgio Mason.

Jones ha affermato che la distinzione tra nanoparticelle e molecole è importante e rappresenta una chiave per comprendere il potenziale impatto dello studio.

I chimici del laboratorio di Matthew Jones alla Rice University hanno scoperto che i fullereni d’oro (al centro) sono la stessa cosa delle particelle “seme” (in alto a destra) che gli scienziati hanno usato a lungo per sintetizzare una miriade di forme e dimensioni di nanoparticelle d’oro (a sinistra, a destra e in basso ). Ogni seme di fullerene contiene 32 atomi di oro disposti in un nucleo interno icosaedrico di 12 atomi (in alto a sinistra) e un nucleo esterno dodecaedrico di 20 atomi (in alto a sinistra). Credito immagine: Jones lab/Rice University

“Le nanoparticelle sono in genere simili per dimensioni e forma, ma non sono identiche”, ha detto Jones. “Se realizzo un lotto di nanoparticelle d’oro sferiche da 7 nanometri, alcune di esse avranno esattamente 10.000 atomi, ma altre potrebbero averne 10.023 o 9.092.

“Le molecole, d’altra parte, sono perfette”, ha detto. “Posso scrivere una formula per una molecola. So disegnare una molecola. E se creo una soluzione di molecole, sono tutte esattamente uguali per numero, tipo e connettività dei loro atomi.

Jones ha affermato che i nanoscienziati hanno imparato a sintetizzare molte nanoparticelle utili, ma i progressi sono spesso avvenuti attraverso tentativi ed errori perché “praticamente non c’è comprensione meccanicistica” della loro sintesi.

“Il problema qui è piuttosto semplice”, ha detto. “È come dire: ‘Voglio che tu mi prepari una torta e ti darò un mucchio di polvere bianca, ma non ti dirò cosa sono.’ Anche se hai una ricetta, se non sai quali sono i materiali di partenza, è un incubo capire quali ingredienti fanno cosa.

“Voglio che la nanoscienza sia come la chimica organica, dove puoi fare essenzialmente quello che vuoi, con tutte le proprietà che vuoi”, ha detto Jones.

Ha detto che i chimici organici hanno un controllo squisito sulla materia “perché i chimici prima di loro hanno svolto un lavoro meccanicistico incredibilmente dettagliato per comprendere tutti i modi precisi in cui operano quelle reazioni. Siamo molto, molto lontani da questo nella nanoscienza, ma l’unico modo per arrivarci è fare un lavoro come questo e capire, meccanicamente, da cosa stiamo iniziando e come si formano le cose. Questo è l’obiettivo finale.

Fonte: Università del Riso