(Phys.org) —Las barras de oro pueden significar una gran riqueza, pero el metal precioso tiene un impacto mucho más práctico cuando se reduce a solo una mil millonésima parte de un metro. Desafortunadamente, Desbloquear el potencial del oro a menudo requiere técnicas de síntesis complejas que producen estructuras delicadas con extrema sensibilidad al calor.

Ahora, Científicos del Laboratorio Nacional Brookhaven del Departamento de Energía de EE. UU. han descubierto un proceso para crear nanopartículas de oro-indio con una estructura única que combinan una alta estabilidad, gran potencial catalítico, y un sencillo proceso de síntesis. Las nuevas nanoestructuras, que se detallan en línea el 10 de junio en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias, podrían mejorar muchos procesos comerciales e industriales diferentes, incluso actuando como un material eficiente para convertidores catalíticos en automóviles.

"Descubrimos un proceso a temperatura ambiente que transforma una aleación simple en una nanoestructura con propiedades notables, "dijo el físico Eli Sutter, autor principal del estudio. "Al exponer las nanopartículas de aleación de oro e indio al aire, el oxígeno ambiental fue capaz de impulsar una reacción de oxidación que los convirtió en una estructura núcleo-capa activa ".

Los trozos más grandes de oro muestran la reactividad química más baja de todos los metales, pero dividido en nanopartículas discretas, el oro puede convertirse en un catalizador químico muy activo. Pero mantener el oro en este estado activo es un desafío continuo. Incluso bajo un calor moderado, las diminutas partículas de oro tienden a sinterizarse, fusionándose en pedazos mucho más grandes, y pierden esa reactividad crucial. Vinculando el oro con otros elementos, sin embargo, Puede aumentar la durabilidad y conservar las cualidades del catalizador, pero solo si la estructura es perfecta.

"Cuando vimos estas nuevas nanopartículas con oro en sus conchas amorfas, Inmediatamente reconocimos el potencial excepcional del material, "dijo el físico y coautor del estudio Peter Sutter." La presencia de oro incrustado en las capas atómicas más externas de la capa de óxido no solo nos emociona como científicos, pero es clave para la actividad catalítica y la estabilidad mejorada del nuevo material ".

Los investigadores del Brookhaven Lab estaban estudiando los procesos de oxidación a través de los cuales los metales y las aleaciones se combinan con el oxígeno cuando hicieron el descubrimiento. Para este estudio, examinaron aleaciones de un metal noble y un metal no noble a través de una técnica de reacción notablemente simple:dar a las nanopartículas de oro e indio un poco de espacio para respirar. Una vez que las nanopartículas de la aleación de metal se expusieron al oxígeno, en sus superficies se formaron conchas altamente reactivas de óxido de oro-indio.

"La sabiduría convencional diría que la oxidación debería empujar los átomos de oro hacia el centro mientras tira del indio menos noble a la superficie, creando un núcleo de metal noble que está rodeado por una capa de óxido de indio no reactivo, "Peter Sutter dijo." En cambio, el oxígeno realmente penetró en la aleación. Después de la oxidación, el núcleo de aleación de las nanopartículas estaba encapsulado por una fina capa recién formada de una mezcla de óxido de oro e indio ".

Atrapar el oro en la capa de óxido amorfo conserva sus propiedades catalíticas y evita que el oro se sinterice y se vuelva inerte. Las nuevas nanoestructuras demostraron ser capaces de convertir oxígeno y monóxido de carbono en dióxido de carbono, demostrando su actividad como catalizador.

"El indio y el oro de la cáscara no son móviles, pero se congelan en lo amorfo, óxido, "Dijo Eli Sutter." Es importante destacar que, la integridad estructural se mantiene sin sinterizar a temperaturas de hasta 300 grados Celsius, lo que los hace notablemente resistentes en comparación con otros nanocatalizadores de oro ".

La investigación se llevó a cabo en el Centro de Nanomateriales Funcionales (CFN) de Brookhaven Lab, cuyas instalaciones únicas para la síntesis y caracterización a nanoescala resultaron fundamentales para el descubrimiento de este nuevo proceso.

"El CFN reúne bajo un mismo techo una amplia gama de instrumentos de última generación y experiencia, acelerar la investigación y facilitar la colaboración, ", Dijo Eli Sutter." Utilizamos microscopía electrónica de transmisión para caracterizar las estructuras y su composición, espectroscopia de fotoelectrones de rayos X para determinar el enlace químico en la superficie, y espectroscopía de dispersión de iones para identificar los átomos más externos de la capa de nanopartículas ".

Investigaciones adicionales ayudarán a determinar las propiedades de las partículas de óxido de oro-indio en diferentes reacciones catalíticas, y el mismo proceso de oxidación se aplicará a otras aleaciones metálicas para crear una familia completa de nuevos materiales funcionales.