Los físicos han descubierto que las nanopartículas de platino limitan su tamaño y se organizan en patrones específicos cuando se unen al grafeno independiente.
Mientras muestra este comportamiento, las nanopartículas de platino unidas mantienen una superficie efectiva que funciona como catalizador de reacciones químicas, un descubrimiento que podría reducir los costes de producción de las pilas de combustible catalizadas por platino.
Un equipo internacional de científicos, dirigido por un grupo de investigación de la Universidad de Arkansas, publicó sus hallazgos el 5 de febrero en la revista ACS Nano , en un papel titulado, "Nanopartículas de platino autoorganizadas sobre grafeno independiente".
El estudio fue dirigido por Peng Xu, investigador asociado en el departamento de física de la Facultad de Artes y Ciencias J. William Fulbright de la Universidad de Arkansas.
Las pilas de combustible catalizadas por platino se utilizan para alimentar edificios como sustitutos de los motores de combustión interna de los vehículos.
"Debido a que el platino es un metal raro, Gran parte del gasto que se destina a la fabricación de vehículos híbridos proviene del platino necesario para catalizar las pilas de combustible. "dijo Paul Thibado, profesor de física en la Universidad de Arkansas.
"Platino, cuando se coloca sobre superficies sólidas, se difunde para formar partículas aleatorias que crecen incontrolablemente, y eso limita su reactividad, ", dijo." Por otro lado, el grafeno independiente tiene una superficie muy flexible, y encontramos que, debido a los efectos de la tensión local, hay una reducción del 80 por ciento en la cantidad de platino necesaria para mantener una catálisis eficaz ".
La investigación también muestra, por primera vez, que un funcionalmente superior, nanopartícula de platino monocristalino surge de su aplicación al grafeno.
"Lo que encontramos fue muy emocionante, "Dijo Thibado." Es realmente muy especial ".
Grafeno:uno de los más fuertes Los materiales más ligeros y conductores que se conocen — es una hoja de átomos de carbono de un átomo de espesor. Los electrones que se mueven a través del grafito tienen masa y encuentran resistencia, pero los electrones que se mueven a través del grafeno no tienen masa y, por lo tanto, encuentran mucha menos resistencia. Esto hace que el grafeno sea un excelente material candidato para las necesidades energéticas futuras. así como en computación cuántica para cálculos enormes con poco uso de energía.
El grafeno fue descubierto en 2004, y aún queda mucho por conocer sobre sus propiedades. El grupo de Thibado utiliza imágenes y manipulación a escala atómica para avanzar en las aplicaciones del grafeno tanto prístino como químicamente funcionalizado. mediante el desarrollo de una comprensión detallada de sus propiedades electrónicas y mecánicas fundamentales.
El estudio reciente, que se produjo principalmente a través de una asociación de investigación entre la Universidad de Arkansas, Universidad Estatal de Missouri y la Universidad de Amberes en Bélgica, consistió en microscopía electrónica de transmisión de alta resolución combinada con microscopía de túnel de barrido y dinámica molecular computacional de última generación. Esa es una combinación que rara vez se ve en física, dijo Thibado, un experto en física experimental de la materia condensada.
Microscopía de túnel de barrido, que produce imágenes de átomos individuales en una superficie, se utilizó para ver el comportamiento de las nanopartículas de platino en el grafeno. Investigadores de Missouri utilizaron microscopía electrónica de transmisión, una técnica en la que un haz de electrones se transmite a través de un material ultrafino, para confirmar las propiedades cristalinas.
La fusión de ambas técnicas experimentales con el modelado teórico arrojó un resultado inesperado para los investigadores:la unión del grafeno a las nanopartículas de platino fue inusual, según Thibado.
"Debido a que es tan fuerte y flexible, el grafeno generalmente se envuelve alrededor del material con el que se une, "Thibado dijo." En este caso, la unión con el platino fue completamente diferente, más como una pirámide ".
