研究非常小的事物的领域变得非常大：在过去十年中，纳米粒子研究领域呈爆炸式增长。纳米粒子的大小约为 1 纳米，比一根人的头发丝的宽度小 100,000 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用途。

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) 正在推进该领域，模拟结构上原子精确的金属纳米团簇。最新一期Dalton Transactions的封面上刊登了一篇文章，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一个主要好处是，通过了解它们的确切结构，我们可以应用非常准确的理论，”领导 CANELa 的两百周年校友、化学工程副教授 Giannis “Yanni” Mpourmpakis 说。“有了理论，我们就可以研究纳米团簇的特性如何取决于它们的结构。”

配体保护的金属纳米团簇是一类独特的纳米材料，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资助下，他们的实验室在该领域取得的一项关键进展是模拟表面上由特定数量的配体稳定的特定数量的金原子。

“对于较大的纳米粒子，研究人员可能会估计每个结构上存在多少原子，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 研究生兼第一作者 Michael Cowan 解释说在文章上。“如果你知道小型系统的确切结构，你就可以定制它们来创建催化活性位点，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该领域和实验室需要解决的下一步。该实验室使用计算化学方法对已知的纳米团簇进行建模，但创建一个完整的纳米团簇结构、性质和合成参数数据库将是应用机器学习和创建预测框架的下一步。

Frontier 文章题为“Toward elucidating structure of配体保护的纳米团簇”，发表在英国皇家化学学会的Dalton Transactions杂志上，由 Cowan 和 Mpourmpakis 撰写。