08.03.2022 - Tokyo Institute of Technology

Átomo a átomo: construcción de nanopartículas más pequeñas y precisas con plantillas

Este novedoso enfoque tiene el potencial de desempeñar un papel importante en la exploración de las últimas fronteras de los nanomateriales

Las nanopartículas (cuyo tamaño oscila entre los 3 y los 500 nm) y los subnanoclusters (cuyo diámetro es de aproximadamente 1 nm) se utilizan en muchos campos, como la medicina, la robótica, la ciencia de los materiales y la ingeniería. Su pequeño tamaño y su gran relación superficie-volumen les confieren propiedades únicas, lo que los hace valiosos en diversas aplicaciones, que van desde el control de la contaminación hasta la síntesis química.

Recientemente, los cuasi-subnomateriales, que tienen una escala de 1 a 3 nm, han atraído la atención porque tienen una doble naturaleza: pueden ser considerados como nanopartículas, así como moléculas inorgánicas. Es comprensible que el control del número de átomos en un cuasi-subnomaterial pueda ser de gran valor. Sin embargo, sintetizar estructuras moleculares tan precisas es un reto técnico, pero los científicos de la Universidad Tecnológica de Tokio estaban preparados para ello.

Los dendrones -estructuras moleculares muy ramificadas formadas por iminas básicas- se han sugerido como precursores para la síntesis precisa de cuasi-subnomateriales con el número de átomos deseado. Las iminas de los dendrones funcionan como un andamio que puede formar complejos con ciertas sales metálicas ácidas, acumulando metales en la estructura del dendrón. Éstos, a su vez, pueden reducirse a sub-nanoclusters metálicos con el número de átomos deseado. Sin embargo, sintetizar dendrones con una alta proporción de iminas es un proceso caro y de bajo rendimiento.

Ahora, en un estudio publicado en Angewandte Chemie, los investigadores explican cómo han combinado múltiples estructuras de dendrímeros para formar una cápsula supramolecular compuesta por más de 60 iminas. "La síntesis de las supramoléculas ensambladas con dendrones se llevó a cabo mediante la conexión de las unidades internas del núcleo y las externas del dendrón, que determinan la estructura central y las ramas terminales, respectivamente", explica el profesor adjunto Takamasa Tsukamoto, que participó en el estudio. La estructura interna de esta supramolécula contenía un núcleo de seis puntas con trilio ácido, mientras que cada unidad externa contenía dendrones con iminas. La interacción entre el núcleo ácido y la estructura externa básica dio lugar a un organocomplejo autoensamblado.

Además, se comprobó que las iminas se coacumulaban con las sales de rodio, de manera que las iminas más internas formaban un complejo con las unidades de tritilium, mientras que las más externas se poblaban con las sales de rodio. La supramolécula resultante, que tenía una unidad central interna rodeada por seis unidades de dendrón externas (cada una de las cuales contenía 14 sales de rodio en las iminas exteriores), se condensó con éxito en grupos que contenían 84 átomos de rodio con un tamaño de 1,5 nm.

Al unir los dendrones que contienen iminas a un núcleo ácido, los investigadores construyeron una plantilla supramolecular para la síntesis de cuasi-subnomateriales. Además, como las iminas pueden formar complejos con una amplia gama de unidades catiónicas, el método puede utilizarse para sintetizar una gran variedad de estructuras supramoleculares. Debido a su versatilidad, sencillez y rentabilidad, el método puede ser una piedra angular para el desarrollo de nuevos nanomateriales. "Este novedoso enfoque para la obtención de cuasi-subnomateriales definidos por la atomicidad sin las limitaciones de los métodos convencionales tiene el potencial de desempeñar un papel importante en la exploración de las últimas fronteras de los nanomateriales", afirma el profesor Tsukamoto. De hecho, este puede ser un paso "pequeño" para Tokyo Tech, pero un paso "gigante" para la nanociencia.

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