La superficie de las partículas en forma de placa está lejos de ser lisa, según un nuevo estudio de microscopía electrónica de transmisión realizado por el Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico y la Compañía FEI.
(Phys.org) —Ni suave ni desordenado, Las nanopartículas de gamma-alúmina están onduladas con pequeños poros en el interior, según científicos del Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico. Utilizando un potente microscopio electrónico de transmisión, el equipo obtuvo imágenes de ultra alta resolución y datos químicos sobre la superficie de la partícula. Descubrieron que las partículas estaban cubiertas con crestas hechas de una forma más abierta, pero simétrico, arreglo de átomos. La disposición abierta en las superficies, anotado como (110), cubre el 70% de la nanopartícula.
Al comprender la estructura y función de las diminutas partículas de gamma-alúmina, Los científicos están dando pasos cruciales para optimizar y realizar nuevas propiedades útiles para estos materiales. "Si podemos aprender sobre las superficies, luego podemos adaptarlos y hacerlos más eficientes en aplicaciones catalíticas, "dijo el Dr. Libor Kovarik, quien dirigió el estudio de imágenes como parte de la Iniciativa de imágenes químicas de PNNL.
Por qué es importante:Reducir la demanda de energía de las refinerías o las emisiones de automóviles y camiones requiere catalizadores eficientes en materiales de soporte duraderos. El material de soporte debe soportar cambios severos de temperatura y presión. La gamma-alúmina se ha estudiado ampliamente, pero su disposición atómica no se ha establecido debido al desafío de obtener una vista detallada de este material complejo. Describir con precisión la estructura atómica es crucial para comprender y aprovechar las mejores propiedades de la gamma-alúmina.
"La investigación catalítica exige este tipo de investigación de imágenes químicas de vanguardia, "dijo el Dr. Charles Peden, un científico de catálisis heterogéneo que trabajó en el estudio, y Director Asociado del Instituto de Catálisis Integrada de PNNL. "Las nuevas imágenes sobresalientes del Dr. Kovarik de este potente microscopio han proporcionado nueva información sin precedentes sobre un material catalizador de enorme utilidad práctica".
El equipo comenzó con un método de síntesis de materiales novedoso, y un nuevo microscopio para obtener las imágenes e interpretar los datos químicos asociados. Con el enfoque de síntesis, el equipo produjo partículas en forma de rombo de gamma-alúmina, Alabama 2 O 3 , que tenían de 30 a 50 nanómetros de ancho y de 10 a 20 nanómetros de espesor. El equipo tachonó la superficie de las partículas de alúmina con partículas de platino catalítico de tamaño nanométrico.
Colocaron estas partículas de catalizador en una rejilla y dentro de una celda especializada. Luego, la celda se colocó en un microscopio que usa un haz de electrones, en lugar de luz, para obtener imágenes. Este instrumento es un microscopio electrónico de transmisión con corrección de aberración esférica con un detector de campo oscuro anular de alto ángulo. El equipo operó el microscopio, o TEM, en dos modos diferentes, contraste de fase y escaneo. De este modo, obtuvieron imágenes tridimensionales detalladas que podían cortarse con un software especializado que producía vistas completamente nuevas.
"La microscopía electrónica de transmisión es la única técnica que puede proporcionar una visualización directa de este material complejo. Si bien la espectroscopía proporciona una gran cantidad de información sobre el entorno de enlaces químicos de los átomos en estas superficies, solo TEM puede darnos una vista directa y revelar las finas características estructurales de las superficies del material, "dijo Kovarik.
El equipo descubrió que la superficie de las partículas estaba corrugada a nivel atómico. La superficie se altera significativamente durante la síntesis, con el 70% de la superficie relativamente plana, referido como (110), convirtiéndose en una disposición más abierta de protuberancias cortas de forma triangular con (111) facetas.
Cortar las imágenes TEM abiertas, el equipo descubrió poros dentro de las partículas en forma de placa. Los poros alargados, alrededor de 2 a 4 nanómetros de ancho, se distribuyeron por todo el material. Asombrosamente, las superficies dentro de los poros no tienen la misma estructura que las de las superficies exteriores de las partículas.
"Una vez que pueda ver y comprender un sistema complejo, puede generar una base de tiempo para controlar ese sistema, "dijo el Dr. Louis Terminello, quien lidera la Iniciativa de Imagen Química en PNNL.
Ver la superficie corrugada y los poros alargados dentro de las partículas de alúmina les da a los investigadores pistas para adaptar la gamma-alúmina y otros tipos de partículas de soporte del catalizador. Este trabajo es parte de un esfuerzo mayor para dilucidar la estructura electrónica y atómica de catalizadores y materiales de almacenamiento de energía.
