很小的东西的研究领域变得很大：在过去的十年里，纳米粒子的研究领域爆炸了。纳米粒子的尺寸约为1纳米，比人类头发的宽度小10万倍，肉眼无法看到，但研究人员正在发现它们在从生物成像到能源和环境等领域的广泛应用。
在这种规模下工作，很难做到精确。然而，匹兹堡大学斯旺森工程学院的计算机辅助纳米和能源实验室(CANELa)正在推进这一领域，模拟具有精确原子结构的金属纳米团簇。一篇文章发表在最新的道尔顿交易的封面上，重点介绍了他们的工作及其对纳米粒子领域的影响。
“这些非常小的系统的主要好处之一是，通过了解它们的精确结构，我们可以应用非常精确的理论，”吉安尼斯“辛亚飞”姆普尔姆帕克斯说，他是化学工程的副教授，领导了CANELa的200周年校友。"通过理论，我们可以研究纳米团簇的特性如何依赖于它们的结构."
配体保护的金属纳米团簇是一种独特的纳米材料，有时被称为“神奇尺寸”纳米团簇，因为它们在具有特定组成时具有高稳定性。在美国国家科学基金会的支持下，他们的实验室在这一领域取得的关键进展之一是模拟特定数量的金原子，这些金原子表面上由特定数量的配体稳定。
“对于更大的纳米粒子，研究人员可能会估计每个结构上存在多少个原子，但我们对这些纳米团簇的建模是准确的。我们可以写出精确的分子式，”研究生、《CANELa》的第一作者迈克尔考恩解释说。“如果你知道小系统的确切结构，你可以定制它们来产生催化活性位点，这是我们实验室最关注的。”
预测新合金和以前未发现的神奇尺寸是这个领域和实验室要解决的下一步。该实验室使用计算化学来模拟已知的纳米团簇，但是创建纳米团簇结构、性质和合成参数的完整数据库将是应用机器学习和创建预测框架的下一步。
边疆的文章题为“走向阐明配体保护的纳米团簇的结构”发表在道尔顿皇家化学学会学报上，作者是考恩和姆波姆帕克斯。
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