Una técnica simplificada para fabricar nanocristales de dióxido de cerio (CeO2), que tienen una amplia gama de aplicaciones tecnológicas e industriales, ha sido "inesperadamente" demostrado por un químico de UNSW.

El estudio dirigido por la UNSW revela que los nanocristales se forman naturalmente cuando un material precursor, el cerio (IV), se disuelve e hidroliza en agua. Es la primera vez que se observa este proceso de formación.

Los resultados, reportado en Química:una revista europea , podría simplificar el proceso de producción existente, que requiere calentamiento y la adición de productos químicos para controlar mejor la forma y el tamaño de los cristales.

"El hallazgo más importante es que el cerio (IV) tiene una naturaleza intrínseca para formar nanocristales de dióxido de cerio de tamaño uniforme de aproximadamente dos a tres nanómetros en una solución acuosa mediante hidrólisis, ", dice el autor principal, el Dr. Atsushi Ikeda-Ohno, de la Escuela de Ingeniería Civil y Ambiental de la UNSW.

"Los resultados de este estudio proporcionan un concepto básico para simplificar y aliviar el proceso de producción y significa que solo necesitamos ajustar el pH de la solución acuosa ... sin calentar ni agregar productos químicos, ", dice." Esto podría ahorrar dinero en costos de energía y ayudar a reducir el impacto ambiental de todo el proceso de producción ".

Los nanocristales de dióxido de cerio se forman a partir del elemento de tierras raras Cerio. Se utilizan como catalizadores para tratar gases peligrosos, convirtiendo los humos tóxicos en emisiones menos dañinas; como electrodos en pilas de combustible; y en filtros solares y cosméticos por su capacidad de absorber altos niveles de radiación UV.

Existe un interés creciente en la fabricación de estos materiales, dada su amplia gama de aplicaciones, pero se sabe relativamente poco sobre los mecanismos que gobiernan su formación. Estos mecanismos están directamente relacionados con la capacidad de controlar su forma y tamaño, características que gobiernan la funcionalidad de un cristal.

Una de las mayores barreras para estudiar estos mecanismos de formación ha sido la falta de herramientas analíticas para hacerlo in-situ. dice Ikeda-Ohno.

Su estudio se centró inicialmente en observar el efecto de la hidrólisis en Cerio (IV) y desarrollar una estrategia analítica mejorada. utilizando una combinación de herramientas espectroscópicas, observar y comprender mejor el proceso de formación. Pero entonces sucedió algo inesperado.

"Cuando investigué por primera vez soluciones aparentemente transparentes de cerio (IV) a diferentes pH mediante el uso de una técnica de rayos X, me di cuenta de que las soluciones no estaban compuestas por especies simples disueltas ... sino que contenían partículas coloidales muy diminutas que no son reconocibles visualmente, " él dijo.

Después de aplicar técnicas espectroscópicas y microscópicas adicionales para caracterizar estas misteriosas partículas, determinó que en realidad eran nanocristales de dióxido de cerio.

"Como consecuencia, hemos logrado observar todo el proceso de evolución desde la especie precursora hasta los nanocristales de dióxido de cerio, "dice el informe.

"En este estudio he demostrado que una combinación de técnicas analíticas avanzadas, en particular, las técnicas de rayos X basadas en sincrotrón ... proporcionan una herramienta muy poderosa para sondear la evolución de los nanocristales metálicos in situ, "dice Ikeda-Ohno.

"Una comprensión completa del proceso de 'evolución' de la especie precursora a los nanocristales resultantes posiblemente nos permita adaptar estos materiales a las necesidades prácticas".

El siguiente paso hacia la realización de la técnica de fabricación basada en hidrólisis es identificar la condición crítica de pH en la que comienzan a formarse los nanocristales. Ikeda-Ohno dice que el enfoque que ha desarrollado podría usarse para ese fin, y también podría aplicarse a otros nanocristales metálicos.