(De izquierda a derecha) Dr. Md Shahriar Hossain, El profesor Yusuke Yamauchi y la Dra. Katy Wood en el instrumento Quokka. Crédito:Organización Australiana de Ciencia y Tecnología Nuclear (ANSTO)
Una gran colaboración internacional, que incluía ANSTO, ha sintetizado con éxito nanopartículas de rodio altamente porosas que podrían usarse como un convertidor catalítico más eficaz para vehículos.
Las nanopartículas mesoporosas de rodio, producido utilizando una plantilla suave y química de solución simple, eran térmicamente estables hasta 400 ° C y de tres a cuatro veces más eficaces que los convertidores catalíticos normales.
Las nanopartículas mesoporosas se utilizan como convertidores catalíticos para reducir la contaminación de los gases de escape de los vehículos al convertir gases tóxicos y contaminantes en contaminantes menos tóxicos.
La investigación tiene el potencial de reducir significativamente la cantidad de contaminación causada por automóviles y camiones.
El estudio, dirigido por Bo Jiang y el profesor Yusuke Yamauchi del Instituto Nacional de Ciencia de Materiales y la Universidad de Waseda en Tokio y la Universidad de Wollongong, fue publicado hoy en Comunicaciones de la naturaleza .
El profesor Yamauchi dijo que las nanopartículas de rodio porosas podrían mejorar drásticamente la contaminación del aire en ciudades de todo el mundo.
La dispersión de neutrones de ángulo pequeño (SANS) se realizó en el instrumento Quokka en el Centro Australiano de Dispersión de Neutrones por el Dr. Katy Wood y el Dr. Md Shahriar Hossain, Investigador principal de la Universidad de Wollongong, caracterizar las micelas en solución en dos etapas del proceso de cinco pasos.
Investigadores de la Universidad de Waseda en Japón, Universidad Bilkent en Turquía, y la Universidad Agrícola Bangabandhu Sheik Mujibur Rahaman en Bangladesh también contribuyeron al estudio.
Cultivando metales dentro de plantillas duras, como la sílice mesoporosa, se había logrado anteriormente, pero ha habido pocos informes de la síntesis de catalizadores de rodio mesoporosos.
Crédito:Organización Australiana de Ciencia y Tecnología Nuclear (ANSTO)
El uso de una plantilla blanda se considera una plataforma robusta para preparar varios tipos de nanopartículas metálicas y películas nanoestructuradas con arquitectura mesoporosa uniforme.
Síntesis por reducción química
Debido a que el rodio se caracteriza por ser estable, átomos muy compactos, es menos reactivo químicamente en condiciones suaves.
Los investigadores superaron este desafío mediante la selección de un precursor de polímero, agente reductor y disolvente de mezcla.
El polímero poli (óxido de etileno) -b-poli (metacrilato de metilo (PEO-b-PMMA) autoensamblado en micelas esféricas con la adición de agua.
Las micelas actúan como una plantilla suave pero robusta para nanoestructuras mesoporosas.
Cuando se agregó una solución de Na3RhCl6, se formaron micelas compuestas.
Después de someterse a nucleación, se fusionaron y se convirtieron en nanoestructuras mesoporosas de rodio que podían extraerse con un disolvente.
Patrones de dispersión de neutrones de ángulo pequeño (SANS) de dos tipos de soluciones de micelas poliméricas realizadas en el instrumento Quokka. Crédito:Organización Australiana de Ciencia y Tecnología Nuclear (ANSTO)
Caracterizando las micelas
Debido a que las micelas actúan como molde para la formación de las nanopartículas, los investigadores necesitaban caracterizarlos completamente en solución.
"SANS pudo determinar el tamaño de las micelas, que era de aproximadamente 20 nanómetros, y confirmar que eran homogéneos, esferas bien formadas, "dijo Wood.
"Debido a que la molécula de polímero define los poros, abre la posibilidad de cambiar el tamaño de los poros u otra modificación para ajustar el producto final, "dijo Wood.
Las mediciones de Quokka también indicaron que las micelas no cambiaron de forma después de la adición del precursor de metal, que fue una consideración importante.
También se utilizó microscopía electrónica de transmisión para una caracterización visual de las micelas.
La difracción de rayos X de ángulo bajo proporcionó información detallada sobre los poros; confirmó que las aberturas eran de tamaño uniforme y estaban muy compactas y sugirió que las partículas eran puramente metálicas.
La espectroscopia de fotoelectrones de rayos X confirmó el estado de los electrones de la superficie del rodio.
Los investigadores también obtuvieron información sobre el mecanismo atómico que contribuyó a la formación de la estructura mesoporosa.
La espectroscopía de absorción ultravioleta-vis sugirió que los iones metálicos disueltos se coordinaban con la superficie de la micela e impulsaron la nucleación del precursor de rodio.
El estudio encontró que las nanopartículas conservaban su forma y estructura a temperaturas de hasta 400 ° C y funcionarían bien como catalizador para la eliminación de óxido de nitrógeno de los gases de escape de combustión pobre que contienen altas concentraciones de O2.
