Un mecanismo de formación de dióxido de cerio nanocristalino (CeO2), un nanomaterial versátil, ha sido presentado por científicos de Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) y la Universidad de Nueva Gales del Sur en Sydney, Australia. Los resultados de la investigación fueron publicados en la revista científica Química:una revista europea . Este hallazgo simplifica y alivia potencialmente los procesos sintéticos existentes de producción de CeO2 nanocristalino.

Las partículas nanocristalinas de CeO2 son ampliamente utilizadas, por ejemplo, en catalizadores para el tratamiento de gases peligrosos, en electrodos para pilas de combustible de óxido sólido, en materiales de pulido para circuitos integrados avanzados, en cosméticos de protección solar, y en aplicaciones médicas tales como superóxido dismutasa artificial. Las síntesis industriales actuales de CeO2 nanocristalino se basan en procesos sol-gel seguidos de tratamiento térmico y / o la adición de reactivos acelerantes. Cualquier mejora adicional de la estrategia sintética para nanocristales de CeO2 requiere una mejor comprensión de los mecanismos involucrados en su formación a escala atómica.

Dr. Atsushi Ikeda-Ohno de la Universidad de Nueva Gales del Sur, Australia, junto con el Dr. Christoph Hennig del HZDR optaron por un enfoque multiespectoscópico sofisticado que combina la dispersión dinámica de la luz y las técnicas de rayos X basadas en sincrotrón. Estas complejas investigaciones involucraron el uso de dos instalaciones de sincrotrón líderes en el mundo de la Instalación de Radiación de Sincrotrón Europea (ESRF) en Grenoble, Francia, y SPring-8 en Hyogo, Japón.

Monitoreo en vivo

Por primera vez, los científicos pudieron realizar una observación in situ de la evolución de los nanocristales. Hasta aquí, poco se sabe del mecanismo de formación de los nanocristales metálicos; principalmente porque faltaban técnicas analíticas adecuadas. Las técnicas más utilizadas para la investigación de nanocristales metálicos son la microscopía electrónica y la difracción de rayos X. Son lo suficientemente poderosos como para visualizar la apariencia de los nanocristales y adquirir su información reticular. pero no son aplicables al estado de solución donde ocurre la evolución de nanocristales metálicos. "Para probar la formación de CeO2 nanocristalino en una solución acuosa, combinamos diferentes técnicas espectroscópicas, incluida la dispersión dinámica de la luz, espectroscopia de absorción de rayos X sincrotrón, y dispersión de rayos X de alta energía, "dice el Dr. Atsushi Ikeda-Ohno.

La información que obtuvieron los investigadores es fundamental para simplificar y aliviar el proceso de síntesis de los nanocristales de CeO2. Revelaron que se pueden producir nanopartículas de CeO2 de tamaño uniforme simplemente ajustando el pH del cerio tetravalente (Ce (IV)) en una solución acuosa sin un tratamiento físico / químico posterior, como calentar o agregar sustancias químicas aceleradoras. Los cristales de CeO2 producidos tienen un tamaño de partícula uniforme de 2-3 nanómetros, independientemente de las condiciones de preparación (por ejemplo, pH y tipo de ajuste de pH). Este tamaño de partícula está exactamente en el rango que es interesante para aplicaciones industriales. Un hallazgo clave es que las especies de solución de Ce (IV) mononucleares no dan como resultado cristales de CeO2 de tamaño nanométrico. El requisito previo es la presencia de especies de solución oligoméricas de Ce (IV), como dímeros o trímeros.

"De hecho, estamos muy contentos de que nuestro enfoque multiespectoscópico también sea aplicable a cualquier otra investigación sobre nanocristales metálicos. Es por eso que este estudio contribuye a un área de investigación emergente sobre nanocristales metálicos en un contexto más amplio". ", dice el Dr. Christoph Hennig." Y la propia estación de medición del HZDR en el ESRF ofrece las mejores oportunidades posibles para esta área de investigación de nanocristales metálicos que contribuye directamente a las aplicaciones industriales ".