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一个研究非常小的事物的领域正在变得非常大:在过去的十年里，纳米粒子研究领域已经爆炸了。纳米颗粒的大小约为一纳米，比人头发的宽度小10万倍。它们无法被肉眼看到，但研究人员发现它们在生物成像、能源和环境方面有着广泛的应用。
在这种尺寸下工作时很难做到精确；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正在推动这一领域的发展，对金属纳米团簇进行建模，其结构是原子级精确的。最新一期《道尔顿汇刊》杂志封面上发表了一篇文章，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，”化学工程200周年校友教师兼副教授詹尼斯·“辛亚飞”·姆普帕克斯说。"有了理论，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”的纳米团簇，因为它们具有特定组分的高稳定性。在美国国家科学基金会的支持下，他们实验室在该领域取得的关键进展之一是对表面特定数量配体稳定的金原子进行建模。
“对于更大的纳米粒子，研究人员可能会估计每个结构中存在多少个原子，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，”CANELa的研究生迈克尔·考恩(Michael Cowan)解释说，他是这篇文章的第一作者。“如果你知道小系统的精确结构，你可以定制它们，以创建催化的活性位点，这是我们实验室最关心的问题。”
预测新的合金和以前未发现的神奇大小是这一领域下一步要解决的问题。实验室计算化学方法用于模拟已知的纳米团簇，但创建纳米团簇结构、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。
这篇论文的题目是阐明配体保护的纳米团簇的结构。
