El número y la ubicación de los sitios de nucleación del níquel metálico dentro de las nanopartículas de óxido de níquel durante su reducción con hidrógeno dependen en gran medida del tamaño de la nanopartícula.
(Phys.org) —Una nueva investigación encuentra que el tamaño juega un papel importante en cómo se comportan las capas de óxido de níquel (NiO) a nanoescala cuando se reducen a nanopartículas sólidas de níquel.
"Esto avanza nuestra comprensión fundamental de cómo las estructuras de las nanopartículas se pueden cambiar a través de reacciones químicas, que tiene aplicaciones potenciales en nanofabricación y catálisis, "dice Joe Tracy, científico de materiales en NC State y coautor de un artículo sobre el trabajo.
Los investigadores comenzaron exponiendo nanopartículas de níquel al aire a 500 grados Celsius para crear capas de NiO. Este proceso se llama oxidación. Las conchas más pequeñas, 12 a 24 nanómetros (nm) de diámetro, son huecos, con el caparazón rodeando una sola cavidad. Conchas más grandes, 40 a 96 nm de diámetro, parecen tener poros más grandes, y posiblemente contenga múltiples cavidades.
Luego, los investigadores colocaron las cáscaras en un ambiente de gas hidrógeno a 350 grados C. Este proceso, llamado reducción, convierte las capas de NiO en nanopartículas sólidas de níquel.
Lo que encontraron fue que el tamaño de las cáscaras de NiO afecta dramáticamente la forma en que se manifiesta el proceso de reducción.
Imagen de una nanopartícula de óxido de níquel de 40 nm parcialmente reducida. La región del níquel está coloreada de rojo, y el óxido de níquel es de color verde. Haga clic para ampliar la imagen.
Las conchas más pequeñas que observaron los investigadores, 12 nm de diámetro, formó un único sitio de nucleación de níquel puro, que luego se expandió para reemplazar todo el NiO. Conchas más grandes, 24 nm de diámetro, respondió de manera diferente, formando múltiples sitios de nucleación en una forma de anillo aproximada alrededor de la cáscara. Estos sitios de nucleación luego crecieron y se fusionaron en una sola nanopartícula de níquel. Las conchas más grandes que miraron 96 nm de diámetro, se veía más diferente aún, con múltiples sitios de nucleación que se forman en todo el NiO.
"El tamaño de las nanopartículas antes de la oxidación determina tanto la estructura de las nanopartículas de NiO como el patrón de los sitios de nucleación del níquel metálico durante la reducción, "dice John Medford, una licenciatura en NC State y autor principal del artículo.
El papel, "Transformaciones nanoestructurales durante la reducción de nanopartículas de óxido de níquel huecas y porosas, "se publicó en línea el 20 de noviembre en la revista Royal Society of Chemistry Nanoescala .
