La imagen de la izquierda muestra la forma general de una nanopartícula cúbica de CeO2. Las imágenes de la derecha muestran vistas de borde de tres superficies expuestas con resolución atómica. Los modelos atómicos se superponen sobre las imágenes simuladas para ilustrar las posiciones de los átomos. Crédito:Universidad Northwestern
Cuando se trata de reducir las toxinas liberadas por la quema de gasolina, carbón, u otros combustibles similares, el catalizador debe ser confiable. Todavía, un catalizador prometedor, dióxido de cerio (CeO 2 ), parecía errático. Las tres superficies diferentes del catalizador se comportaron de manera diferente. Por primera vez, los investigadores obtuvieron una visión resuelta atómicamente de las tres estructuras, incluida la colocación de átomos de oxígeno previamente difíciles de visualizar. Esta información puede proporcionar información sobre por qué las superficies tienen propiedades catalíticas distintas.
Resolver las tres estructuras de superficie atómica diferentes de CeO 2 nanopartículas proporciona información sobre cómo controlar potencialmente la morfología de las nanopartículas para mejorar la selectividad catalítica, actividad y estabilidad. Este conocimiento brinda la oportunidad de mejorar potencialmente las propiedades catalíticas de CeO 2 nanopartículas en convertidores catalíticos en vehículos y otras aplicaciones.
Óxido de cerio (CeO 2 ) las nanopartículas se utilizan ampliamente en catálisis química. CeO típico 2 Las nanopartículas catalíticas tienen tres superficies principales expuestas:(100), (110) y (111). Estudios anteriores muestran que las diferentes propiedades catalíticas de cada superficie están estrechamente relacionadas con la estructura atómica de la superficie. Desafortunadamente, los científicos tuvieron dificultades para visualizar los átomos de oxígeno que empacan estas superficies. El desafío fue superado por un equipo de investigadores de la Universidad Northwestern, Laboratorio Nacional Oak Ridge, y Laboratorio Nacional Argonne. Los investigadores determinaron las estructuras de la superficie utilizando el microscopio electrónico con corrección de aberraciones esféricas y cromáticas más avanzado del Laboratorio Nacional Argonne. El microscopio permite obtener imágenes claras de átomos de cerio y oxígeno.
Para la superficie de alta energía (100), la presencia de cerio, oxígeno, y se observaron directamente terminaciones de óxido de cerio reducidas en la superficie más externa, así como los sitios de celosía parcialmente ocupados en la región cercana a la superficie (~ 1 nm desde la superficie). La superficie desordenada demuestra que la comprensión previa de la superficie (100) estaba simplificada en exceso. Para la superficie (110), una combinación de ceO plano reducido 2-x existen capas superficiales y nanofacetas "en forma de diente de sierra" (111). La superficie (111) está terminada por una capa de oxígeno, precisamente como se anticipó en modelos anteriores, y coherente con su alta estabilidad. Más lejos, las estructuras superficiales derivadas del estudio de microscopía son consistentes con los resultados de una investigación de espectroscopía infrarroja macroscópica. La variación en la densidad de defectos superficiales entre estas tres facetas parece ser responsable de sus diferencias en la actividad catalítica y potencialmente abre opciones para modificar caras de CeO 2 nanopartículas para desarrollar catalizadores selectivos de cara.
