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May 04, 2023

La investigación innovadora de UF Chemist revela precisión atómica en reacciones químicas complejas

Ilustración de nanomaterial por Liliia/Adobe Stock. Por Lauren Barnett — junio

Ilustración de nanomaterial por Liliia/Adobe Stock.

Por Lauren Barnett — 6 de junio de 2023

Un equipo de investigación del Departamento de Química de la Universidad de Florida, dirigido por el químico Chenjie Zeng, ha demostrado con éxito que las reacciones químicas complejas que involucran nanomateriales se pueden realizar con una precisión sin precedentes a nivel atómico. La investigación representa un salto adelante en el desarrollo potencial de nanomateriales avanzados. Los resultados de su estudio, publicados en Nature Synthesis, brindan información valiosa sobre la química de transformación a nivel atómico de los nanomateriales y presentan nuevas oportunidades para aplicaciones en diversas industrias.

El nuevo estudio se centra en la nanosíntesis de precisión, una técnica innovadora que permite a los científicos manipular los componentes básicos de los nanomateriales mediante el control de los ingredientes iniciales, las vías y los productos finales. Los resultados amplían nuestra comprensión de los nanoclusters de semiconductores, estructuras diminutas formadas por decenas a cientos de átomos en el núcleo y docenas de moléculas en la superficie que se pueden adaptar para aplicaciones específicas en electrónica, fotónica, catálisis y conversión de energía.

"Al demostrar la primera transformación química atómicamente precisa de nanoclusters de semiconductores, hemos demostrado que la síntesis de precisión se puede extender de la escala molecular a la nanoescala mediante un diseño racional", dijo Zeng.

Zeng se unió a la facultad de la Universidad de Florida en 2019, donde dirige el Grupo de Investigación Zeng. Con su orientación y experiencia, el grupo ha estado a la vanguardia de la investigación pionera en nanoquímica de precisión. El proyecto de investigación involucró los esfuerzos de colaboración de Zeng y el estudiante graduado Fuyan Ma, quien desempeñó un papel clave en el diseño y la realización de experimentos para lograr la precisión atómica en la nanosíntesis transformativa. El trabajo también cuenta con el apoyo de las instalaciones de investigación de UF Chemistry, que incluyen cristalografía de rayos X, resonancia magnética nuclear y espectrometría de masas.

Zeng y Ma examinaron de cerca un nanocluster específico llamado seleniuro de cadmio (CdSe), desentrañando los secretos detrás de varias características de los nanoclusters y los mecanismos de reacción en el proceso. Pudieron revelar el origen de la quiralidad, o la asimetría de los grupos de semiconductores, que se origina en la ruptura de la simetría del marco icosaédrico del seleniuro por la coordinación tetraédrica del cadmio. También descubrieron la fuente de la polaridad, o la distribución de la carga eléctrica dentro de estos grupos, que se deriva de la distribución asimétrica de las moléculas que protegen la superficie.

Además del producto, la transformación precisa también permite la visualización atómica de los mecanismos complejos en los niveles de superficie del grupo, dentro del grupo y entre grupos. Armados con este nuevo conocimiento, los científicos pueden avanzar con información valiosa sobre cómo se comportan los nanoclusters y avanzar en el diseño de una amplia gama de materiales con las propiedades deseadas.

"Esperamos mostrar el inmenso potencial de la precisión atómica en la síntesis de nanomateriales", dijo Zeng.

Lea el estudio completo aquí.