Los investigadores del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología han desarrollado una proceso simple para hacer 'nano-frambuesas' de platino:grupos microscópicos de partículas a nanoescala del metal precioso. La forma de baya es significativa porque tiene una gran superficie, que es útil en el diseño de catalizadores. Aún mejores noticias para los químicos industriales:los investigadores descubrieron cuándo y por qué los racimos de bayas se agrupan en racimos más grandes de 'nano uvas'.

La investigación podría ayudar a que las pilas de combustible sean más prácticas. Las nanopartículas pueden actuar como catalizadores para ayudar a convertir el metanol en electricidad en las pilas de combustible. El proceso de 40 minutos del NIST para hacer nano-frambuesas, descrito en un nuevo artículo, tiene varias ventajas. La gran superficie de las bayas favorece reacciones eficaces. Además, el proceso NIST usa agua, un disolvente benigno o "verde". Y los racimos catalizan consistentemente las reacciones del metanol y son estables a temperatura ambiente durante al menos ocho semanas.

Aunque las bayas estaban hechas de platino, el metal es caro y se usó solo como modelo. De hecho, el estudio ayudará a orientar la búsqueda de materiales catalizadores alternativos, y el comportamiento de aglutinación en los disolventes es un tema clave. Para pilas de combustible, Las nanopartículas a menudo se mezclan con disolventes para unirlas a un electrodo. Para saber cómo afectan estas fórmulas a las propiedades de las partículas, el equipo del NIST midió la aglutinación de partículas en cuatro disolventes diferentes por primera vez. Para aplicaciones como pilas de combustible de metanol líquido, las partículas de catalizador deben permanecer separadas y dispersas en el líquido, no agrupado.

'Nuestra innovación tiene poco que ver con el platino y mucho que ver con cómo se prueban los nuevos materiales en el laboratorio, ', dice el líder del proyecto Kavita Jeerage. “Nuestra contribución fundamental es que, después de crear un nuevo material, debe tomar decisiones. Nuestro papel se trata de una elección:qué disolvente utilizar. Hicimos las partículas en agua y probamos si se podían poner en otros solventes. Descubrimos que esta elección es muy importante ”.

El equipo del NIST midió las condiciones bajo las cuales las partículas de platino, que varían en tamaño de 3 a 4 nanómetros (nm) de diámetro, aglomerado en racimos de 100 nm de ancho o más grandes. Descubrieron que la formación de grumos depende de las propiedades eléctricas del disolvente. Las frambuesas forman racimos más grandes de uvas en disolventes menos 'polares, ' es decir, donde las moléculas de disolvente carecen de regiones con cargas fuertemente positivas o negativas, (el agua es una molécula fuertemente polar).

Los investigadores esperaban eso. Lo que no esperaban es que la tendencia no se amplíe de forma predecible. Los cuatro solventes estudiados fueron agua, metanol, etanol e isopropanol, ordenados por polaridad decreciente. No hubo mucha aglomeración en el metanol; los racimos crecieron un 30 por ciento más de lo que eran en el agua. Pero en etanol e isopropanol, los grumos aumentaron un 400 por ciento y un 600 por ciento, respectivamente, racimos realmente enormes. Esta es una suspensión de muy mala calidad para fines catalíticos.

Debido a que las nanopartículas se agruparon lentamente y no demasiado en metanol, los investigadores concluyeron que las partículas podrían transferirse a ese solvente, asumiendo que se usarían en unos pocos días, lo que efectivamente pone una fecha de vencimiento en el catalizador.