Нанокластеры

Материал из m-protect.ru

Перейти к: навигация, поиск

Нанокластеры – частицы вещества еще меньшего размера, не превышающего 10 нм, и содержащие не более 1000 атомов. Иногда они представляют собой большие компактные молекулы с атомным весом более 1000 а.е. Такие молекулы, в отличие от наночастиц, имеют одинаковые размеры и формы. Свойства нанокластеров часто отличаются от свойств не только массивных образцов, но и наночастиц. Так, например, новый катализатор, полученный группой Ричарда Ламберта [1] из Университета Кембриджа, не требует для окисления дополнительных окислителей – молекулы кислорода адсорбируются на поверхности частиц золота и диссоциируют на два атома кислорода, инициирующих окисление. Возможность селективного каталитического окисления углеводородов молекулярным кислородом в отсутствие добавок достаточно перспективна для промышленного использования. Катализатор представляет собой кластеры, содержащие по 55 атомов золота, образующие частицы размером 1-2 нм на твердой подложке. Кластеры Au55 представляю собой так называемые «магические» кластеры – число атомов золота в них позволяет частицам принимать правильные геометрические формы, идеально подходящие для проявления каталитических функций. Размер частиц катализатора играет решающую роль для его активности. В то время как частицы с диаметром 1,4 нм представляют собой эффективные и устойчивые катализаторы, частицы, размер которых превышает 2 нм, не проявляют каталитической активности.

Особый практический интерес представляют магнитные нанокластеры – молекулы с одинаковым спиновым моментом, которые можно использовать для производства памяти для ЭВМ. Применяются нанокластеры также в медицине и парфюмерии.

Некоторые физические законы, справедливые в макроскопической физике, для наночастиц и нанокластеров нарушаются. Например, несправедливы известные формулы для сопротивлений проводников при их параллельном и последовательном соединении. Вода в нанопорах горных пород не замерзает до –20 …-30 оС, а температура плавления наночастиц золота существенно меньше по сравнению с массивным образцом. Доля поверхностных атомов становится все больше по мере уменьшения размеров частиц. Для наночастиц и, в особенности, нанокластеров, практически все атомы «поверхностные», поэтому их химическая активность очень велика.

Литература

  • [1] Mark Turner et al Selective oxidation with dioxygen by gold nanoparticle catalysts derived from 55-atom clusters Nature, 2008, 454, 981
Личные инструменты