Los investigadores del NIST han explorado con un detalle sin precedentes una nueva clase de catalizadores que permiten algunas reacciones químicas, que normalmente requieren altas temperaturas, proceder a temperatura ambiente. Los catalizadores de ahorro de energía utilizan la luz solar u otra fuente de luz para excitar los plasmones de superficie localizados (LSP):oscilaciones de grupos de electrones en la superficie de ciertas nanopartículas metálicas. como el oro, plata y aluminio. La energía derivada de las oscilaciones del LSP impulsa reacciones químicas entre las moléculas que se adhieren a las nanopartículas.

Los científicos habían demostrado previamente que el hidrógeno molecular se puede dividir en sus átomos individuales mediante la energía generada por las oscilaciones del LSP. El equipo del NIST ahora ha descubierto una segunda reacción mediada por LSP que se produce a temperatura ambiente. En esta reacción, Los LSP excitados en nanopartículas de oro transforman dos moléculas de monóxido de carbono en carbono y dióxido de carbono. La reacción, que normalmente requiere una temperatura mínima de 400 grados C, juega un papel importante en la conversión de monóxido de carbono en materiales basados ​​en carbono ampliamente utilizados, como nanotubos de carbono y grafito.

Sondear las nanopartículas con un haz de electrones y combinar los datos con simulaciones, los investigadores del NIST señalaron los sitios en las nanopartículas de oro donde ocurrieron las reacciones. También midieron la intensidad de los LSP y mapearon cómo la energía asociada con las oscilaciones variaba de un lugar a otro dentro de las nanopartículas. Las mediciones son pasos clave para comprender el papel de los LSP para iniciar reacciones a temperatura ambiente. mitigar la necesidad de calentar las muestras.

Wei-Chang Yang del NIST y el NanoCenter de la Universidad de Maryland, junto con Henri Lezec y Renu Sharma y otros colaboradores, describir su trabajo en el 15 de abril Materiales de la naturaleza .

Los científicos se basaron en depósitos de carbono sólido, uno de los productos de la reacción del monóxido de carbono que estudiaron, como marcadores para las ubicaciones exactas en las nanopartículas de oro donde tuvo lugar la reacción. El equipo descubrió que la reacción se concentraba en la intersección donde las moléculas de gas de monóxido de carbono se adhieren preferentemente a las nanopartículas de oro y donde la amplitud del campo eléctrico asociado con los LSP era más alta. Aunque muchos LSP pueden excitarse con la luz solar, el equipo eligió un haz de electrones para desencadenar las oscilaciones y estudió la reacción del monóxido de carbono en un microscopio electrónico de transmisión de barrido que puede operar en un ambiente a temperatura ambiente.

Los resultados, dice Sharma, sienta las bases para la búsqueda de otros sistemas que aprovechen directamente la luz solar para generar LSP en nanopartículas para impulsar reacciones químicas a temperatura ambiente. Al reducir el consumo de energía, tales sistemas podrían tener un impacto enorme en la industria y el medio ambiente.