Un diagrama esquemático muestra una nanopartícula de oro estabilizada con ligandos de alcohol polivinílico (PVA).
Nanopartículas de oro, dice Chris Kiely, se están convirtiendo rápidamente en algunos de los diplomáticos más eficaces del nanomundo.
Facilitan una amplia gama de reacciones químicas entre moléculas que normalmente no interactuarían o lo harían solo a temperaturas mucho más altas.
Y en la mayoría de los casos efectúan un único resultado favorable con pocos, Si alguna, reacciones secundarias no deseadas.
En breve, dice Kiely, profesor de ciencia e ingeniería de materiales, las nanopartículas son catalizadores extremadamente buenos.
Métodos convencionales de preparación de nanopartículas de oro. sin embargo, alterar la morfología y la actividad catalítica de las partículas.
Ahora, un equipo internacional de investigadores ha desarrollado un procedimiento que mejora la exposición superficial de las nanopartículas de oro y su actividad catalítica en una variedad de reacciones.
Un nuevo procedimiento mejora la convención
El equipo informó sus resultados en julio en Química de la naturaleza en un artículo titulado "Eliminación fácil de estabilizadores-ligandos de nanopartículas de oro soportadas".
Sus miembros incluyen a Kiely y Graham Hutchings, químico de la Universidad de Cardiff en Gales, Reino Unido, que han estudiado nano oro juntos durante más de una década.
“En la industria, "Dice Kiely, “La forma más común de preparar nanocatalizadores de oro es primero impregnar un soporte de óxido nanocristalino, como el óxido de titanio (TiO2) con ácido cloroáurico. Luego, una reacción de reducción convierte el ácido en nanopartículas metálicas.
"Desafortunadamente, esto lleva a que una variedad de especies de oro se dispersen sobre el soporte, como átomos de oro aislados, Clusters mono y bicapa, además de nanopartículas de varios tamaños ".
Una técnica alternativa que permite un control más preciso sobre el tamaño y la estructura de las partículas, consiste en preformar las nanopartículas de oro en una solución coloidal antes de depositarlas sobre el soporte.
La desventaja de este método es que durante la fabricación las nanopartículas se recubren con moléculas orgánicas (ligandos) que evitan que se agrupen. Una vez depositados sobre un soporte, estos ligandos tienden a deteriorar el desempeño catalítico de la nanopartícula al bloquear el acercamiento de las moléculas a los sitios activos en la superficie del metal.
Una forma más leve de eliminación de ligandos.
Los métodos anteriores para eliminar estos ligandos han implicado tratamientos térmicos de hasta 400 grados C.
“A estas temperaturas, la morfología de las nanopartículas cambia y comienzan a fusionarse, ”Dice Kiely. "También hay una disminución significativa en su actividad catalítica".
El equipo de Kiely-Hutchings desarrolló una alternativa más suave para eliminar los ligandos de las nanopartículas de oro estabilizadas con alcohol polivinílico depositadas sobre un soporte de óxido de titanio:un simple lavado con agua caliente.
El estudiante graduado Ramchandra Tiruvalam usó el microscopio electrónico de transmisión JEOL 2200 FS con corrección de aberraciones de Lehigh para examinar los catalizadores antes y después del lavado y compararlos con los que se habían sometido a un tratamiento térmico para eliminar los ligandos.
"El lavado con agua caliente tuvo muy poco efecto en el tamaño de las partículas, "Dice Kiely, quien dirige el Laboratorio de nanocaracterización de Lehigh, “Y mientras las partículas conservan su morfología cub-octaédrica, sus superficies parecen tener más facetas. Esto se debe presumiblemente a que se produce una reconstrucción de la superficie después de perder una fracción significativa de los ligandos protectores de PVA ".
“Calentar las muestras a 400 grados C también fue eficaz para eliminar los ligandos, pero el tamaño medio de las partículas aumentó de 3,7 a 10,4 nm, ”Dice Kiely. “También hubo una tendencia a que las partículas se reestructuraran y se desarrollaran más planas, interfaces más extendidas con el soporte de TiO2 subyacente ".
Una micrografía tomada por el microscopio electrónico de transmisión de barrido (STEM) de campo oscuro anular de ángulo alto (HAADF) de Lehigh muestra una nanopartícula de oro sobre un soporte de TiO2 después de un lavado con agua caliente.
Para la oxidación del monóxido de carbono a dióxido de carbono, Los catalizadores preparados mediante este lavado coloidal / agua caliente mostraron más del doble de actividad que los catalizadores convencionales de oro / TiO2. Esta reacción en particular es crucial para la eliminación de monóxido de carbono de espacios cerrados como submarinos y naves espaciales. prolongar la vida útil de las pilas de combustible, y extender la vida útil de una máscara de bombero.
Este trabajo fue financiado en parte por la National Science Foundation. Tiruvalam es ahora un científico investigador con Haldor Topsoe, una empresa de catalizadores en Copenhague, Dinamarca.
