研究非常小的事物的領(lǐng)域變得非常大：在過(guò)去十年中，納米粒子研究領(lǐng)域呈爆炸式增長(zhǎng)。納米粒子的大小約為 1 納米，比一根人的頭發(fā)絲的寬度小 100,000 倍，肉眼無(wú)法看到，但研究人員正在發(fā)現(xiàn)它們?cè)趶纳锍上竦侥茉春铜h(huán)境等領(lǐng)域的廣泛用途。

在這種規(guī)模下工作，很難做到精確;然而，匹茲堡大學(xué)斯旺森工程學(xué)院的計(jì)算機(jī)輔助納米和能源實(shí)驗(yàn)室 (CANELa) 正在推進(jìn)該領(lǐng)域，模擬結(jié)構(gòu)上原子精確的金屬納米團(tuán)簇。最新一期Dalton Transactions的封面上刊登了一篇文章，重點(diǎn)介紹了他們的工作及其對(duì)納米粒子領(lǐng)域的影響。

“這些非常小的系統(tǒng)的一個(gè)主要好處是，通過(guò)了解它們的確切結(jié)構(gòu)，我們可以應(yīng)用非常準(zhǔn)確的理論，”領(lǐng)導(dǎo) CANELa 的兩百周年校友、化學(xué)工程副教授 Giannis “Yanni” Mpourmpakis 說(shuō)。“有了理論，我們就可以研究納米團(tuán)簇的特性如何取決于它們的結(jié)構(gòu)。”

配體保護(hù)的金屬納米團(tuán)簇是一類獨(dú)特的納米材料，有時(shí)被稱為“神奇尺寸”納米團(tuán)簇，因?yàn)樗鼈冊(cè)诰哂刑囟ńM成時(shí)具有高穩(wěn)定性。在美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)的資助下，他們的實(shí)驗(yàn)室在該領(lǐng)域取得的一項(xiàng)關(guān)鍵進(jìn)展是模擬表面上由特定數(shù)量的配體穩(wěn)定的特定數(shù)量的金原子。

“對(duì)于較大的納米粒子，研究人員可能會(huì)估計(jì)每個(gè)結(jié)構(gòu)上存在多少原子，但我們對(duì)這些納米團(tuán)簇的建模是準(zhǔn)確的。我們可以寫出精確的分子式，”CANELa 研究生兼第一作者 Michael Cowan 解釋說(shuō)在文章上。“如果你知道小型系統(tǒng)的確切結(jié)構(gòu)，你就可以定制它們來(lái)創(chuàng)建催化活性位點(diǎn)，這是我們實(shí)驗(yàn)室最關(guān)注的。”

預(yù)測(cè)新合金和以前未發(fā)現(xiàn)的神奇尺寸是該領(lǐng)域和實(shí)驗(yàn)室需要解決的下一步。該實(shí)驗(yàn)室使用計(jì)算化學(xué)方法對(duì)已知的納米團(tuán)簇進(jìn)行建模，但創(chuàng)建一個(gè)完整的納米團(tuán)簇結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和合成參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)將是應(yīng)用機(jī)器學(xué)習(xí)和創(chuàng)建預(yù)測(cè)框架的下一步。

Frontier 文章題為“Toward elucidating structure of配體保護(hù)的納米團(tuán)簇”，發(fā)表在英國(guó)皇家化學(xué)學(xué)會(huì)的Dalton Transactions雜志上，由 Cowan 和 Mpourmpakis 撰寫。

標(biāo)簽： 納米粒子