Se puede aprovechar una interacción exótica entre la luz y el metal para hacer que las reacciones químicas sean más sostenibles, pero la física detrás de esto ha sido ampliamente debatida en el campo.

Ahora, un estudio de la Universidad de Michigan ha demostrado cómo un metal captador de luz transfiere energía a un metal catalítico, abriendo el camino para mejores diseños de catalizadores.

Los catalizadores son mediadores de reacciones químicas:pueden hacer que las reacciones ocurran a temperaturas más bajas, reduciendo la energía necesaria, y también pueden dar una ventaja a una vía de reacción deseada, produciendo más del químico objetivo y menos desperdicio.

Se puede fabricar un nuevo tipo de catalizador a partir de los llamados metales plasmónicos que son buenos para capturar la luz. pero no son excelentes para orientar las reacciones. Para mejorar su efectividad, los investigadores los han estado salpicando con materiales que son mejores catalizadores, mejorar las reacciones relacionadas con la producción de combustible y productos domésticos comunes como la pasta de dientes, por ejemplo.

"La dificultad con los experimentos anteriores era que había muchas superficies expuestas diferentes, por lo que resulta muy difícil interpretar los resultados debido a la complejidad de las nanopartículas, "dijo Umar Aslam, Estudiante de doctorado de la UM en ingeniería química,

Ahora, Aslam y sus colegas del grupo de investigación de Suljo Linic, profesor de ingeniería química y pionero en catálisis plasmónica, han mostrado cómo se mueve la energía. En lugar de electrones energéticos saltando del captador de luz al catalizador, el metal plasmónico actúa más como una antena de radio, con el catalizador como receptor, Aslam dijo.

Su experimento publicado en la revista Nanotecnología de la naturaleza , fue el primero en demostrar de manera convincente que este mecanismo funciona.

"Describimos cómo las nanoestructuras plasmónicas mueven la energía de la luz a los sitios catalíticamente activos, Linic dijo. "Luego demostramos cómo se puede explotar este mecanismo para diseñar catalizadores muy eficientes y selectivos".

Se valora la selectividad porque reduce las reacciones "secundarias" no deseadas que producen desechos.

Cobre, la plata y el oro son conocidos por sus propiedades plasmónicas, o su capacidad para capturar la energía de la luz visible en forma de ondas en sus electrones superficiales, llamados plasmones de superficie.

En el experimento, Aslam y Steven Chavez, también estudiante de doctorado en ingeniería química, nanocubos de plata producidos, aproximadamente 75 nanómetros (millonésimas de centímetro) por lado. Luego los recubrieron con platino de solo un nanómetro de espesor.

El metal tan delgado es esencialmente transparente a la luz, por lo que la plata recubierta continuó convirtiendo la luz en plasmones de superficie. Luego, la plata canalizó la energía hacia la capa de platino a través del mar de electrones compartidos entre ellos. El platino produjo electrones energéticos y huecos cargados positivamente, portadores de carga que luego podrían causar reacciones químicas en su superficie.

Se considera que el platino es "el emperador de todos los catalizadores, "lo que hace que este material sea una opción obvia para los investigadores interesados ​​en la catálisis plasmónica, Aslam dijo.

Sin embargo, nadie había podido hacerlo antes porque es muy difícil convertir una fina película de platino en plata. En la mayoría de las condiciones, la plata tiende a empañarse, Aslam dijo. Entonces él y Chávez ajustaron las condiciones de reacción para que el recubrimiento de platino ocurriera mucho más rápido que el deslustre.

El grupo demostró que el catalizador casi duplicó la velocidad a la que los contaminantes de monóxido de carbono en el hidrógeno se convirtieron en dióxido de carbono cuando la luz estaba encendida, en comparación con la reacción en la oscuridad. que se basa solo en el platino. Esta conversión es importante en la producción de hidrógeno a partir de metano, a medida que el monóxido de carbono sobrante dispara los catalizadores en las celdas de combustible de hidrógeno.

Demostraron que ni los nanocubos de plata solos, ni las cáscaras de platino cúbicas que quedaron cuando la plata fue eliminada por el ácido, podían funcionar como los cubos recubiertos de platino. Todavía, Linic y Aslam advierten que estos nuevos catalizadores aún no son presagios de una revolución en la química industrial.

"Ahora, La catálisis plasmónica es un campo incipiente, "Aslam dijo." Cuesta más preparar un catalizador como este en comparación con los catalizadores convencionales ".

Pero con los continuos avances en la síntesis de nanopartículas y las ideas para mejorar aún más las ganancias de eficiencia que ofrecen los catalizadores plasmónicos, pueden hacer que la industria química sea más ecológica en el futuro.

El estudio se titula "Control del flujo de energía en nanoestructuras multimetálicas para catálisis plasmónica".