Una configuración atómica predicha de las cadenas de óxido de oro (oro:gris, oxígeno:rosa) en el límite de un grupo de oro de espesor monocapa (oro:amarillo), soportado por un óxido de magnesio delgado (magnesio:verde, oxígeno:rojo) sobre plata. Los números indican cargas atómicas en unidades de carga electrónica. Crédito:-
Los investigadores creen que el rompecabezas del oro catalítico ahora está parcialmente resuelto. El oro puede catalizar una reacción de oxidación oxidándose primero a sí mismo. La nueva evidencia de investigación sobre la fase de óxido de oro a temperatura ambiente y presión atmosférica nos ayuda a comprender finalmente los mecanismos de oxidación de los nanoclusters de oro catalíticos en estas condiciones.
"Esto es vital si queremos diseñar catalizadores de oxidación que puedan utilizar oxígeno ambiental en el proceso de reacción. Los catalizadores que funcionan a bajas temperaturas son importantes en términos de eficiencia energética en el futuro, ", dice la becaria de investigación de la Academia Karoliina Honkala en el Centro de Nanociencia (NSC) de la Universidad de Jyvaskyla.
Los investigadores del NSC muestran nueva evidencia de estudios computacionales que respaldaron que los grupos de oro de tamaño nanométrico pueden romper por completo el enlace O-O mediante la formación de una nueva fase de óxido de oro unidimensional en el límite del grupo. Se predice que este mecanismo dominará en condiciones ambientales de una presión atmosférica y temperatura ambiente.
El estudio fue publicado en septiembre en Angewandte Chemie , la revista internacional líder en química. El estudio es parte del proyecto de investigación de la Academia de la Academia de Finlandia de Karoliina Honkala y se llevó a cabo en cooperación con el profesor Hannu Häkkinen. El trabajo computacional fue facilitado por amplios recursos del Centro de TI para la Ciencia de Finlandia, CSC.
En el estudio, Los investigadores expusieron los grupos de oro de monocapa de espesor a un número variable de moléculas de oxígeno. Se descubrió que incluso un grupo de oro puede adsorber eficazmente múltiples moléculas de oxígeno en los límites del grupo, simultáneamente debilitando (estirando) el enlace O-O transfiriendo electrones a las moléculas de oxígeno. Teniendo en cuenta los efectos de la temperatura y la presión ambiental, los cálculos predijeron que las moléculas de oxígeno se disociarán completamente y los átomos de oxígeno y oro formarán cadenas alternas unidimensionales en el límite del cúmulo (ver Figura). Los átomos de oxígeno en estas cadenas están cargados negativamente y los átomos de oro cargados positivamente, creando un sistema que recuerda a una cadena de óxido de oro unidimensional. Se espera que estas cadenas sean la parte altamente catalíticamente activa hacia la conversión de monóxido de carbono en dióxido de carbono a temperatura ambiente.
Investigadores Pentti Frondelius, Hannu Häkkinen y Karoliina Honkala han estudiado cúmulos de oro de una sola capa de espesor con 10-20 átomos, soportado por películas delgadas de óxido de magnesio que se cultivaron en metal plateado. Estos sistemas se pueden preparar experimentalmente, y el año pasado, el grupo Jyväskylä publicó un estudio conjunto con el profesor Hans-Joachim Freund del Instituto Fritz-Haber de Berlín para caracterizar las estructuras atómicas y electrónicas de los cúmulos de oro en dichos sistemas (ver http://prl.aps.org/abstract/ PRL / v102 / i20 / e206801).
El trabajo experimental intensivo desde principios de la década de 1980 ha indicado que las nanopartículas de oro exhiben una actividad catalítica inesperada hacia muchas reacciones químicas de importancia industrial que involucran la activación de enlaces atómicos dentro de moléculas de oxígeno o hidrocarburos. Formación a temperatura ambiente de dióxido de carbono (CO 2 ) de monóxido de carbono (CO) y molécula de oxígeno (O 2 ) es uno de los procesos más estudiados. Se ha sugerido que varios factores diferentes contribuyen a la capacidad de las partículas de oro para activar el enlace O-O, que se considera el paso de reacción clave.
"El estudio ahora publicado nos proporciona un nuevo enfoque al problema. La formación de óxido de oro, es decir, la oxidación del oro, está en contradicción con las propiedades conocidas del metal dorado macroscópico. En la escala nanométrica, sin embargo, todo parece ser posible, "Dice el profesor Häkkinen.
