Un equipo de la Universidad de Pittsburgh superó un obstáculo importante que plaga el desarrollo de nanomateriales como los que podrían conducir a catalizadores más eficientes utilizados para producir hidrógeno y hacer que los gases de escape de los automóviles sean menos tóxicos. Los investigadores informaron el 29 de noviembre en Materiales de la naturaleza la primera demostración de estabilidad a altas temperaturas en nanopartículas metálicas, los cacareadas materiales de próxima generación se ven obstaculizados por una vulnerabilidad al calor extremo.
Götz Veser, profesor asociado y miembro de la facultad CNG de ingeniería química y del petróleo en la Escuela de Ingeniería Swanson de Pitt, y Anmin Cao, el autor principal del artículo e investigador postdoctoral en el laboratorio de Veser, creó partículas de aleación de metal en el rango de 4 nanómetros que pueden soportar temperaturas de más de 850 grados Celsius, al menos 250 grados más que las nanopartículas metálicas típicas. Forjado a partir de los metales catalíticos platino y rodio, las partículas altamente reactivas funcionan descargando sus componentes sensibles al calor a medida que aumentan las temperaturas, un Cao de calidad comparado con un gecko que pierde la cola en defensa propia.
"La inestabilidad natural de las partículas a esta escala es un obstáculo para muchas aplicaciones, desde los sensores hasta la producción de combustible, Veser dijo. El asombroso potencial de las nanopartículas para abrir campos completamente nuevos y permitir procesos dramáticamente más eficientes se ha demostrado en aplicaciones de laboratorio. pero muy poco se ha traducido a la vida real debido a problemas como la sensibilidad al calor. Para que podamos cosechar los beneficios de las nanopartículas, deben soportar las duras condiciones de uso real ".
Veser y Cao presentan un enfoque original para estabilizar catalizadores metálicos de menos de 5 nanómetros. Los materiales dentro de este rango de tamaño cuentan con un área de superficie más alta y permiten una utilización casi total de partículas, permitiendo reacciones más eficientes. Pero también se fusionan a unos 600 grados Celsius, temperaturas de reacción más bajas que las habituales para muchos procesos catalíticos, y se vuelven demasiado grandes. Los intentos de estabilizar los metales han implicado encerrarlos en nanoestructuras resistentes al calor, pero los métodos más prometedores solo se demostraron en el rango de 10 a 15 nanómetros, Escribió Cao. El propio Veser ha diseñado nanoestructuras a base de óxidos que estabilizan partículas tan pequeñas como 10 nanómetros.
Para la investigación en Materiales de la naturaleza , él y Cao mezclaron platino y rodio, que tiene un alto punto de fusión. Probaron la aleación a través de una reacción de combustión de metano y encontraron que el compuesto no solo era un catalizador altamente reactivo, pero que las partículas mantuvieron un tamaño medio de 4,3 nanómetros, incluso durante una exposición prolongada a un calor de 850 grados. De hecho, pequeñas cantidades de partículas de 4 nanómetros permanecieron después de que la temperatura superó los 950 grados Celsius, aunque la mayoría se había disparado a ocho veces ese tamaño.
Veser y Cao se sorprendieron al descubrir que la aleación no aguantaba simplemente el calor. En su lugar, sacrificó el platino de baja tolerancia y luego se reconstituyó como un catalizador rico en rodio para terminar la reacción. Alrededor de 700 grados Celsius, la aleación de platino-rodio comenzó a fundirse. El platino "sangró" de la partícula y formó partículas más grandes con otro platino errante, dejando las partículas de aleación más duraderas para resistir. Veser y Cao predijeron que esta autoestabilización ocurriría para todos los catalizadores metálicos aleados con un segundo, metal más duradero.
Fuente:Universidad de Pittsburgh
