Durante años, Se ha reconocido que las partículas con estructura de núcleo-capa son catalizadores bien diseñados que pueden facilitar la actividad de reacción debido a su sinergismo distintivo en la interfaz.

Recientemente, mediante el uso de una combinación de métodos in situ, El Dr. Liu Wei y sus colegas del Instituto de Física Química de Dalian (DICP) de la Academia de Ciencias de China han descubierto que la configuración núcleo-capa de un catalizador Ni-Au se perdió durante la reacción real y se recuperó después. La aleación de Ni-Au como superficie activa real solo se puede observar mediante microscopía in situ. Los resultados fueron publicados en Catálisis de la naturaleza .

Las nanopartículas metálicas compatibles pueden cambiar de tamaño, estructura, y composición de la superficie activa en condiciones de reacción, por lo tanto, funciona de manera diferente a lo esperado.

En cuanto a las nanopartículas de núcleo-capa, uno de los catalizadores heterogéneos más populares, se acepta que sus propiedades catalíticas se derivan de la sinergia de la electrónica y la geometría entre el núcleo y la capa de capa.

Sin embargo, La falta de evidencia directa in situ que visualice la coordinación / disposición atómica localizada durante reacciones reales impide nuestra comprensión del mecanismo real de estructura-actividad y la funcionalidad núcleo-capa.

Los investigadores de DICP describieron la superficie catalítica real de un catalizador bimetálico de Ni-Au. Sin caracterización in situ, no mostró ninguna diferencia con cualquier otra catálisis núcleo-capa informada. Su alta selectividad al CO (> 95%) (Fig.1b) podría atribuirse a la capa de Au ultradelgada (alrededor de dos átomos de espesor) bien controlada, ya que un catalizador de níquel siempre produce metano.

Sin embargo, mediante el uso de microscopía electrónica de transmisión ambiental para visualizar directamente el proceso dinámico a nivel atómico (Fig. 1a), Los investigadores revelaron que la estructura núcleo-capa no contribuyó en nada a la reactividad porque el Ni-Au núcleo-capa se transformó cinéticamente en una aleación de Ni-Au durante la reacción y revirtió dramáticamente a la configuración núcleo-capa después de la reacción (Fig. 1c). .

Este descubrimiento ha sido bien respaldado por los resultados de múltiples técnicas in situ, incluyendo espectroscopia de rayos X sincrotrón y espectroscopia infrarroja, así como simulaciones teóricas.

Este hallazgo con respecto a las nanopartículas de núcleo y capa invalida nuestra comprensión convencional. Como resultado, los investigadores pueden comenzar a cuestionar si los catalizadores núcleo-capa están realmente en la estructura núcleo-capa en condiciones de trabajo o no. El descubrimiento de esta transformación oculta también indica que los esfuerzos para sintetizar estructuras núcleo-capa pueden ser innecesarios en algunas reacciones.