Imagen SMT de la superficie de óxido de hierro, con átomos de oro en la parte superior
(Phys.org) - Científicos de la Universidad Tecnológica de Viena encontraron un método para localizar átomos de oro individuales en una superficie. Esto debería allanar el camino hacia catalizadores mejores y más baratos.
La mayoría de la gente valora grandes trozos de oro, pero los científicos de la Universidad Tecnológica de Viena están interesados en el oro en la escala más pequeña posible. porque los átomos de oro individuales son potencialmente los catalizadores más reactivos para reacciones químicas. Sin embargo, cuando los átomos de oro se colocan sobre una superficie, tienden a formarse pequeñas pepitas que constan de varios átomos. Un equipo de científicos de superficie ahora logró fijar átomos de oro individuales en sitios especiales de una superficie de óxido de hierro. Esto podría abrir la puerta a catalizadores más eficientes, requiriendo menos material precioso.
El oro es un metal noble y no suele unirse a otros elementos, pero como catalizador facilita las reacciones químicas. Puede, por ejemplo, Facilitar la conversión de monóxido de carbono venenoso en dióxido de carbono. La eficacia del oro como catalizador depende del tamaño de las partículas de oro. Alguna evidencia sugiere que funciona mejor si el oro está presente en forma de átomos individuales. Hasta aquí, sin embargo, esto no se pudo estudiar en detalle. "Si se colocan átomos de oro individuales en una superficie, generalmente se agrupan, formando nanopartículas ”, dice Gareth Parkinson, quien supervisó los experimentos en el grupo de investigación de la profesora Ulrike Diebold en el Instituto de Física Aplicada de la TU de Viena.
El sistema de ultra alto vacío en el que se realizan los experimentos.
Las temperaturas más altas conducen a una mayor movilidad de los átomos de oro, así que para evitar que los átomos se agrupen, la mayoría de las superficies deben enfriarse a una temperatura tan baja que las reacciones químicas deseadas se detengan por completo. Los investigadores de la TU de Viena encontraron un tipo especial de superficie de óxido de hierro, que bloquea los átomos de oro individuales en su lugar.
La clave del éxito es una ligera deformación de la estructura del cristal de óxido de hierro. Los átomos de oxígeno de la capa superior no están alineados en líneas perfectamente rectas, los átomos de abajo los doblan en meneos. En los puntos donde las líneas de átomos de oxígeno están cerca unas de otras, los átomos de oro se adhieren permanentemente sin perder el agarre. Incluso si la superficie se calienta, los átomos de oro permanecen en su sitio; solo a 500 grados centígrados comienzan a formar grupos.
Los átomos de oxígeno forman líneas onduladas en la superficie, debido a los átomos de abajo (indicados en color)
"Cuando un átomo de oro golpea la superficie del óxido de hierro, se difunde a uno de los sitios donde se puede adherir a la superficie ”, dice Gareth Parkinson. De esa manera, muchos átomos de oro individuales se pueden colocar cerca unos de otros. Cuando un átomo de oro golpea una posición ya ocupada por otro átomo de oro, sin embargo, los dos se unen y comienzan a moverse a través de la superficie, recogiendo átomos de oro adicionales en el camino. Cuando han alcanzado un tamaño crítico de al menos cinco átomos, vuelven a quedar inmóviles y la pepita de oro en miniatura se detiene.
Ulrike Diebold espera que el nuevo método responda importantes preguntas abiertas sobre la catálisis. "Hemos creado un sistema de modelo ideal para probar la reactividad química de especies atómicas individuales", dice Diebold. Los experimentos recientes también ayudarán a avanzar en la investigación teórica:el enlace cuántico mecánicamente complejo entre átomos individuales y estas superficies particulares proporcionan un excelente caso de prueba para cálculos teóricos de sistemas de electrones altamente correlacionados.
