Desde los albores de la Edad del Bronce, la gente ha apreciado las ventajas de usar aleaciones en lugar de metales simples para fabricar mejores materiales. Recientemente, Los científicos han descubierto una receta para hacer pequeñas estructuras de dos metales que podrían expandir de manera similar la vanguardia de la ciencia de los materiales.

Las nanopartículas bimetálicas (granos diminutos de unas pocas docenas a cientos de átomos de tamaño) son tremendamente prometedoras como catalizadores para una serie de aplicaciones diferentes. según Jeffrey Elam, químico del Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía de EE. UU. Sin embargo, hasta ahora los investigadores carecían de un método general preciso y flexible para crearlos.

Según Elam, los métodos tradicionales carecen de la precisión para hacer un lote de nanopartículas puramente bimetálicas. En lugar de, producen una mezcla de nanopartículas bimetálicas y monometálicas, y estas diferentes nanopartículas tienen diferentes propiedades químicas.

Según Elam, Hay dos tipos principales de nanopartículas bimetálicas que los científicos intentan diseñar. En una configuración, llamado core-shell, un metal rodea completamente al otro, como la capa de caramelo sobre el centro de chocolate de un Tootsie Pop. En la otra configuración, llamado aleación, los metales se mezclan homogéneamente a escala atómica, de modo que los átomos de ambos metales estén presentes en la superficie de la nanopartícula.

Los cálculos teóricos predicen que ambos tipos de nanopartículas bimetálicas pueden ser catalizadores excepcionales en aplicaciones como biocombustibles y pilas de combustible. Pero los científicos han carecido de una estrategia general para sintetizar cualquier tipo de nanopartícula en cualquier superficie y para una amplia gama de metales diferentes.

Para superar estas limitaciones, Elam y sus colegas en Argonne recurrieron a la deposición de capa atómica (ALD), una técnica tomada de la fabricación de semiconductores, en el que se colocan hojas de material extremadamente delgadas una encima de la otra, una a la vez. Cada vez que se realiza un "ciclo" ALD, se deposita una nueva hoja de material de unos pocos átomos de espesor. ALD se había utilizado en el pasado para crear una variedad de materiales con propiedades químicas y eléctricas personalizables, pero hasta ahora los investigadores no habían podido cultivar selectivamente nanopartículas bimetálicas con suficiente control para crear catalizadores exitosos.

ALD se ha utilizado anteriormente para cultivar nanopartículas de un solo metal en superficies, pero el avance de Argonne permite a los científicos cultivar el segundo metal solo en el primer metal, y no en las superficies circundantes. Las claves involucraban el control cuidadoso de la temperatura de crecimiento y la selección juiciosa de los productos químicos utilizados. Usando esta estrategia, Los investigadores de Argonne pudieron fabricar nanopartículas de aleación y núcleo-capa mientras controlaban la composición y el tamaño de las partículas en una variedad de superficies diferentes.

"Es como poder personalizar un automóvil con las características exactas que desea que tenga, ", Dijo Elam." Una vez que hayamos creado estos catalizadores de nanopartículas personalizados, podemos pasarlos a nuestros colegas científicos para una prueba de manejo ".

Este estudio fue organizado por el Instituto de Transformaciones Químicas Atom-eficientes (IACT), un Centro de Investigación Energy Frontier financiado por la Oficina de Ciencias del DOE. Fundada en 2009 como un programa de cinco años, IACT se asoció con Argonne con el Laboratorio Nacional Brookhaven, Northwestern University, Purdue University y University of Wisconsin en Madison para mejorar la eficiencia de conversión de materias primas de biomasa en combustibles.