(Phys.org):modificando la velocidad a la que tienen lugar las reacciones químicas, Los catalizadores de nanopartículas cumplen innumerables funciones en la industria, el ámbito biomédico y la vida cotidiana. Pueden utilizarse para la producción de polímeros y biocombustibles, para mejorar los dispositivos de control de la contaminación y las emisiones, para mejorar las reacciones esenciales para la tecnología de pilas de combustible y para la síntesis de nuevos fármacos. Por lo tanto, es vital encontrar catalizadores de nanopartículas nuevos y más efectivos para realizar estas funciones útiles.

Ahora Nongjian (NJ) Tao, investigador del Instituto de Biodiseño de la Universidad Estatal de Arizona, ha encontrado una forma inteligente de medir reacciones catalíticas de nanopartículas individuales y partículas múltiples impresas en matrices, que ayudará a caracterizar y mejorar los catalizadores de nanopartículas existentes, y avanzar en la búsqueda de nuevos.

La mayoría de los materiales catalíticos sintetizados en laboratorios contienen partículas con diferentes tamaños y formas, cada uno con diferentes actividades electrocatalíticas, pero los métodos convencionales miden las propiedades promedio de muchas nanopartículas, que manchan las propiedades de las nanopartículas individuales.

"La capacidad de medir reacciones catalíticas de nanopartículas individuales permite determinar la relación entre la eficiencia de una reacción catalítica y el tamaño, forma, y composición de la nanopartícula ", explicó Tao." Esta capacidad de formación de imágenes también hace posible obtener imágenes de matrices de reacciones catalíticas de nanopartículas, que se puede utilizar para la detección rápida de diferentes nanopartículas, "añadió.

En el estudio actual, nanopartículas de platino que actúan como catalizadores electroquímicos se investigan mediante la nueva técnica, conocido como imagen electroquímica plasmónica. El método combina la resolución espacial de la detección óptica con la alta sensibilidad y selectividad del reconocimiento electroquímico.

Los resultados del estudio aparecen en la edición avanzada en línea de esta semana de la revista. Nanotecnología de la naturaleza .

La microscopía electroquímica de barrido (SECM) se ha utilizado para obtener imágenes de reacciones electroquímicas mediante el barrido mecánico de una superficie de muestra utilizando un microelectrodo. En este proceso, sin embargo, la velocidad de obtención de imágenes es limitada y la presencia del microelectrodo en sí puede incidir en la muestra y alterar los resultados.

El nuevo método se basa en cambio en la obtención de imágenes de reacciones electroquímicas basadas ópticamente en el fenómeno de la resonancia del plasmón superficial. Los plasmones de superficie son oscilaciones de electrones libres en un electrodo metálico, y se puede crear y detectar con luz. Toda reacción electroquímica va acompañada del intercambio de electrones entre reactivos y electrodos, y los métodos electroquímicos convencionales, incluyendo SECM, detectar los electrones.

"Nuestro enfoque es medir las reacciones electroquímicas sin detectar directamente los electrones". Dijo Tao. "El truco consiste en detectar la conversión del reactivo en productos de reacción asociados con el intercambio de electrones". Tal conversión en la vecindad del electrodo afecta el plasmón, provocando cambios en la reflectividad de la luz, que la técnica convierte en una imagen óptica.

Usando imágenes de corriente electroquímica plasmónica, El grupo de Tao examinó la actividad electrocatalítica de nanopartículas de platino impresas en un microarray en un electrodo de película fina de oro, demostrando por primera vez la viabilidad del cribado de alto rendimiento de las actividades catalíticas de las nanopartículas.

Adicionalmente, el nuevo estudio muestra que se puede utilizar el mismo método para investigar nanopartículas individuales. A medida que se aplica un potencial eléctrico al electrodo y se cicla a través de un rango de valores, las nanopartículas aparecen claramente como manchas en la matriz. El efecto se puede ver en los videos que lo acompañan, donde las manchas de nanopartículas 'se desarrollan' con el tiempo a medida que los cambios potenciales, al igual que una imagen polaroid aparece gradualmente.

También se produjeron para el estudio microarrays con diferentes densidades superficiales de nanopartículas. Los resultados mostraron que la corriente electrocatalítica a un potencial dado aumenta proporcionalmente con la densidad de las nanopartículas. Más lejos, cuando las nanopartículas individuales se caracterizaron mediante microscopía SPR, microscopía de fuerza atómica (AFM) y microscopía electrónica de transmisión (TEM), se mostró una buena concordancia entre los resultados, validando aún más la nueva técnica.

Tao señala que, en principio, La formación de imágenes electroquímicas plasmónicas, una técnica rápida y no invasiva que ofrece los beneficios combinados de la detección óptica y electroquímica, puede aplicarse a otros fenómenos para los que se utilizan actualmente métodos convencionales de detección electroquímica.