Cuando Amplex Red se conecta con un catalizador de oro, la estructura cambia para hacer una molécula fluorescente que emite inmediatamente un destello de luz. mostrando dónde tuvo lugar el evento catalítico. Derecha, microfotografía electrónica de una sola nanovarilla de oro, encerrado en una cáscara de sílice poirus. El caparazón evita que las varillas se agrupen y permite a los experimentadores usar calor para limpiar una capa que se forma cuando se crean las varillas. Imagen:Chen Lab
Los ingenieros que intentan mejorar los catalizadores de pilas de combustible pueden estar buscando en el lugar equivocado, según una nueva investigación en Cornell.
Existe un interés creciente en formar los catalizadores que descomponen el combustible para generar electricidad en nanopartículas. Las nanopartículas proporcionan un área de superficie más grande para acelerar las reacciones, y en algunos casos, los materiales que no son catalíticos a granel lo son a nanoescala.
Estas nanopartículas, por lo general, solo unas pocas decenas de nanómetros (nm) de ancho, no son pequeñas esferas ordenadas, sino trozos bastante irregulares, como grava a microescala, y los investigadores han descubierto que pueden correlacionar la actividad catalítica con información sobre el número y tipo de sus facetas superficiales. Pero pueden estar mirando el bosque e ignorando los árboles.
"Las personas miden la actividad de una muestra y luego intentan comprender mediante el uso de información de facetas, "dijo Peng Chen, profesor asociado de química y biología química. "El mensaje que queremos transmitir es que los defectos superficiales [en las facetas] dominan la catálisis".
La investigación de Chen aparece el 19 de febrero en la edición en línea de la revista. Nanotecnología de la naturaleza .
En lugar de partículas, El grupo de investigación de Chen estudió eventos catalíticos en "nanobarras" de oro de hasta 700 nm de largo, permitiéndoles ver cómo varía la actividad en una sola faceta. El oro actúa como catalizador para convertir una sustancia química llamada Amplex Red en resorufina, que es fluorescente.
Cada vez que ocurre un evento catalítico, la molécula de resorufina recién creada emite un destello de luz que es detectado por una cámara digital que mira a través de un microscopio. Un flash suele aparecer como varios píxeles, y el procesamiento de computadora adicional promedia su brillo para señalar el evento real dentro de unos pocos nanómetros. Los investigadores llaman a la técnica "microscopía de superresolución". Después de inundar un campo de nanobarras con una solución de Amplex Red, hicieron una "película" con un fotograma cada 25 milisegundos.
Los investigadores encontraron más eventos catalíticos cerca de la mitad de una barra, disminuyendo hacia los extremos y un salto hacia arriba en los extremos. También encontraron variación en la cantidad de actividad de una barra a otra, aunque todas las varillas tienen el mismo tipo de facetas.
Para explicar los resultados, propusieron que la actividad es mayor en áreas donde hay más defectos superficiales. Las nanovarillas se fabrican mediante el cultivo de cristales de oro a partir de un pequeño cristal "semilla", creciendo hacia afuera desde el centro hasta los extremos, Chen explicó, y se forman más defectos al comienzo del proceso.
"El conocimiento de las facetas de la superficie ... es insuficiente para predecir la reactividad, ", dijeron los investigadores en su artículo." Los defectos de la superficie ... también pueden desempeñar un papel dominante ".
Los hallazgos con un catalizador de oro y moléculas fluorescentes deberían ser igualmente aplicables a otros catalizadores, incluidos los utilizados en pilas de combustible y para la remediación de la contaminación, Chen dijo.
