La síntesis de plantilla de SNP de aleación de metal de acuñación utilizando el método de hibridación de átomos. Tres elementos metálicos (oro, plata, cobre) se mezclan aquí en un SNP en una escala de un nanómetro. Crédito:Instituto de Tecnología de Tokio
Debido a su pequeño tamaño, Las nanopartículas encuentran aplicaciones variadas en campos que van desde la medicina hasta la electrónica. Su pequeño tamaño les permite una alta reactividad y propiedades semiconductoras que no se encuentran en los estados a granel. Las sub-nanopartículas (SNP) tienen un diámetro extremadamente pequeño de alrededor de 1 nm, haciéndolos incluso más pequeños que las nanopartículas. Casi todos los átomos de SNP están disponibles y expuestos para reacciones, y por lo tanto, Se espera que los SNP tengan funciones extraordinarias más allá de las propiedades de las nanopartículas, particularmente como catalizadores para reacciones industriales. Sin embargo, la preparación de SNP requiere un control preciso del tamaño y la composición de cada partícula en una escala subnanométrica, haciendo casi imposible la aplicación de métodos de producción convencionales.
Para superar esto, Investigadores del Instituto de Tecnología de Tokio dirigidos por el Dr. Takamasa Tsukamoto y el Prof. Kimihisa Yamamoto desarrollaron previamente el método de hibridación de átomos (AHM) que supera los ensayos anteriores de síntesis de SNP. Usando esta técnica, Es posible controlar con precisión y diseñar de forma diversa el tamaño y la composición de los SNP utilizando un "molde macromolecular" llamado dendrímero de fenilazometina. Esto mejora su actividad catalítica que los catalizadores NP.
Ahora, en su último estudio publicado en Edición internacional Angewandte Chemie , el equipo ha llevado su investigación un paso más allá y ha investigado la reactividad química de los SNP de aleación obtenidos a través del AHM. "Creamos monometálicos, bimetálico, y SNP trimetálicos (que contienen uno, combinación de dos, y combinación de tres metales respectivamente), todo compuesto por elementos metálicos de acuñación (cobre, plata, y oro), y probé cada uno para ver qué tan bueno es cada uno de ellos como catalizador, "informa el Dr. Tsukamoto. Su actividad catalítica fue probada en la reacción de oxidación de olefinas, compuestos formados por hidrógeno y carbono con amplios usos industriales.
Generación selectiva de hidroperóxido a partir de hidrocarburos catalizados por SNP de aleación compuestos de metales con funciones individuales (a). Crédito:Instituto de Tecnología de Tokio
A diferencia de las nanopartículas correspondientes, Se encontró que los SNP creados eran estables y más efectivos. Es más, Los SNP mostraron un alto rendimiento catalítico incluso en las condiciones más suaves, en contraste directo con los catalizadores convencionales. Monometálico, bimetálico, y SNP trimetálicos demostraron la formación de diferentes productos, y esta hibridación o combinación de metales parecía mostrar una mayor frecuencia de rotación (TOF). La combinación trimetálica "Au 4 Ag 8 Cu dieciséis "mostró el TOF más alto porque cada elemento metálico juega un papel único, y estos efectos trabajan en conjunto para contribuir a una alta actividad de reacción.
Es más, Hidroperóxido creado selectivamente por SNP, que es un compuesto de alta energía que normalmente no se puede obtener debido a la inestabilidad (ver Figura 2). Las reacciones leves sin alta temperatura y presión realizadas en los catalizadores SNP dieron como resultado la formación estable de hidroperóxido al suprimir su descomposición.
Actividad catalítica potenciada por el mecanismo concertado de dos efectos:la miniaturización de estructuras y la hibridación de metales (b). Crédito:Instituto de Tecnología de Tokio
Cuando se les preguntó sobre la relevancia de estos hallazgos, El profesor Yamamoto afirma:"Nos manifestamos por primera vez en la historia, que la hidroperoxigenación de olefinas puede catalizarse en condiciones extremadamente suaves utilizando partículas metálicas en el intervalo de tamaño cuántico. La reactividad se mejoró significativamente en los sistemas aleados, especialmente para las combinaciones trimetálicas, que no ha sido estudiado previamente ".
El equipo enfatizó que debido a la miniaturización extrema de las estructuras y la hibridación de diferentes elementos, los metales de acuñación adquirieron una reactividad lo suficientemente alta como para catalizar la oxidación incluso en condiciones suaves. Estos hallazgos demostrarán ser una clave pionera en el descubrimiento de sub-nanomateriales innovadores a partir de una amplia variedad de elementos y pueden resolver crisis energéticas y problemas ambientales en los próximos años.
