Трудот насловен „Breaking the Gordian Knot in the Structural Chemistry of Polyoxometalates: Copper(II)–Oxo/Hydroxo Clusters” (мк: Кинење на Гордиевиот јазол во хемијата на полиоксометалатите: Бакарни(II) – оксо/хидроксо кластери) од Александар Кондински и Кирил Монахов, обрнува внимание на неоргански наноматеријали, главно изработени од атоми на бакар (Cu), кислород (O) и водород (H).
Бакарниот(II) хидроксид (Cu(OH)2) е едно од првите соединенија чие формирање човештвото го забележало уште во бронзената доба. Во средниот век, алхемичарите веќе знаеле како да синтетизираат бакарен(II) хидроксид со мешање на алкални бази и бакарен сулфат во водени раствори. Светло сината боја на овој нерастворлив материјал била популарна помеѓу европските сликари, кои го користеле овој материјал како пигмент од средината на 19-от век до крајот на 20-от век.
Во последните неколку децении, на глобално ниво, има голем подем за синтетизирање на наноскопни материјали од метални оксиди и хидроксиди. Ваквиот подем се потпира на два клучни фактори: i) металните оксиди се присутни во изобилие во Земјината кора, па како такви се економски важен материјален ресурс; ii) својствата на материјалите се променуваат со промената на нивните димнезии, па така одреден макро – или микрокристал од одредена супстанца често има многу поразлични својства од наночестичка со иста хемиска содржина. Но, овој синтетички подем доведе и до голем број на публикации од наноматеријали, па денеска станува се потешко и за многумина експерти од научната фела да држат чекор со известувањата за секој нов материјал. Поради ова, многу трендови на материјални својства денеска поминуваат речиси и незабележани.
Овој труд открива еден нов тренд – подструктура на наноскопни кластери од бакарен(II) хидроксид (стручно наречени полиоксокупрати) со димензии од околку 1 nm (= 10-9 m) кои се појавуваат низ десетици наноматеријали објавувани во изминативе три децении. За разлика од конвенционалниот бакарен хидроксид Cu(OH)2 кој формира нерастворливи еднодимензионални материјали, нанокластерите од бакарен(II) хидроксид запишан како [Cu12(OH)24] има „нула” димензии, односно, тој е молекуларен. Нанокластерот од бакарен(II) хидроксид е во вид на молекуларен кафез и како таков може да инкорпорира различни помали молекули, анјони, но и катјони. Во оваа форма тој исто така се очекува да биде премногу растворлив но и реактивен, што е поткрепено со големиот број на хемиски структури каде на површината на [Cu12(OH)24] се поврзуваат различни катјони и молекули од органска и неорганска природа. Покрај големиот број на синтетички материјали, наноскопниот бакарен(II) хидрокид е забележан дека се појавува и во природата во минерал наречен Чертнорит.
Кои се можните идни апликации
Покрај подструктурата на [Cu12(OH)24], откриено е и дека истата преставува само една варијанта на нанокластери од метални оксиди/хидроксиди кои пројавуваат таканаречен „магичен број“ на метални центри, односно: 6, 12 и 30. Па така во блиска иднина се очекува формирање на нов сферичен нанокластер од бакар(II) хидрокид со формула [Cu30(OH)60]. Оваа наномолекула би била поголема од познатата C60 фулерен молекула, која ја донесе Нобеловата награда по хемија на Крото, Керл и Смолли во 1996 година. Нанокластерите од [Cu30(OH)60] би можеле да инкорпорираат магнетни молекули и со тоа да овозможат понатамошни истражувања и апликации во молекуларен магнетизам, мемристори и дизајн на квантни компјутери. Од друга страна, нанокластерите од бакар(II) хидроксиди со помал број на бакарни атоми (6 и 12), се одлични за фукционализирање со органски молекули, со што би се овозможило апликација како селективни анти-бактериски реагенси.
Наноскопниот бакарен хидроксид симболично го достави „мечот” со кој е пресечен „Гордиевиот јазол” во хемијата на наноскопните метални оксиди или познати како полиоксометалати. Преку големиот број на компарации се изведени и други трендови кои индицираат на тоа како би изледале структурите на наноскопните оксиди и хидроксидите на благородони метали (на пр. злато, паладиум и платина). Наноскопните оксиди и хидроксиди на благородните метали имаат важна улога како катализатори, но нивните структури сè уште се непознати за хемичарите. Неразјаснетата структурна хемија претставува пречка за подобрувањето на нивната каталитичка перформанса. Со индицираните трендови се овозможува важен понатамошен исчекор кон квантно-механички пресметки на структури и својства на овие материјали и нивна споредба со ескпериментални наоди.
Планови за развој на истражувањата
Наноскопните оксиди и хидроксиди по начинот на формирање се многу слични со вирусите, каде што повеќе помали молекуларни единки доаѓаат заедно и се самосклопуваат во големи сферични наноархитектури. Во овој контекст, убавината на архитектонските дела на брутализмот како, на пример, геодезиските куполи во кои се вбројува и споменикот Илинден од Крушево, е честа инспирација за мене и за моите колеги со кои моментално работиме на програмирано самосклопување на нови неоргански наноархитектури со потенцијална примена како нанореактори.
Биографија на авторот
Александар Кондински е роден во 1989 година во Битола. По завршување на основното образование во родниот град, продолжува на ПСУ Јахја Кемал – Скопје каде што е поддржан со целосна стипендија. Во 2007 година се запишува на Jacobs University (Бремен, Германија) каде што продолжува со додипломски студии по хемија. Во 2010 продолжува на овој универзитет на програмата по наномолекуларни науки. По докторирањето во 2016 година, започнува со истражувачка работа на институтот по неорганска хемија при RWTH Aachen University (Ахен, Германија).