En el Instituto de Tecnología de Karlsruhe (KIT), Los científicos han estudiado nanopartículas de ceria con la ayuda de moléculas de sonda y un complejo sistema de medición infrarrojo de vacío ultra alto y han obtenido nuevos conocimientos sobre su estructura de superficie y actividad química. Su trabajo se informa en tres artículos publicados en la revista. Angewandte Chemie .
Óxidos de cerio, compuestos de oxígeno y cerio, un metal de tierras raras, se encuentran entre los óxidos más importantes para aplicaciones técnicas. Ceria se utiliza principalmente en catálisis heterogénea, por ejemplo, los convertidores catalíticos de gases de escape de los turismos, fotocatálisis en células solares, agua dividida, o la descomposición de contaminantes. Ceria, como se usa en convertidores catalíticos, está en forma de polvo. Consiste en partículas a nanoescala de estructura muy compleja. La disposición especial de los átomos de metal y oxígeno en la superficie determina las propiedades físicas y químicas de la ceria. Hasta aquí, sin embargo, Ha sido imposible analizar con precisión los procesos de reordenamiento y reconstrucción que tienen lugar en la superficie de las nanopartículas.
En KIT, Los científicos del Instituto de Interfaces Funcionales (IFG) bajo la dirección del profesor Christof Wöll establecieron un nuevo método para estudiar las propiedades químicas de las superficies de óxido en los últimos años. Usaron moléculas pequeñas, como el monóxido de carbono (CO), oxígeno molecular (O2), u óxido nitroso (N2O), como moléculas sonda. Estas moléculas se adhieren a la superficie de las nanopartículas de óxido. Luego, los investigadores determinan las frecuencias de vibración de las moléculas de la sonda. "Este enfoque ha dado lugar a importantes avances en la comprensión de las propiedades superficiales de las nanopartículas de ceria, "Dice Christof Wöll.
Junto con científicos del Instituto de Investigación y Tecnología de Catálisis (IKFT) de KIT, Humboldt-Universität zu Berlín, la Universidad de Udine / Italia, y la Universidad Politécnica de Cataluña en Barcelona / España, Los investigadores del IFG estudiaron varios aspectos de la estructura de la superficie y la actividad química de las nanopartículas de ceria.
La razón principal del progreso logrado es que los investigadores lograron verificar las frecuencias de vibración medidas para los polvos mediante mediciones utilizando sustancias modelo exactamente definidas. Aplicaron un sistema único de infrarrojos de vacío ultra alto. Adicionalmente, utilizaron cálculos de mecánica cuántica para asignar las bandas de vibración previamente desconocidas de las partículas de óxido. De este modo, obtuvieron conocimientos completamente nuevos sobre la química de la superficie de las nanopartículas de ceria.
Los científicos demostraron que la superficie de una nanopartícula de ceria en forma de barra tiene varios defectos, como nanofacetas en forma de diente de sierra, vacantes de oxígeno, esquinas, y bordes. Estas irregularidades probablemente conducen a la alta actividad catalítica de tales nanopartículas. Además, Los investigadores encontraron que la fotorreactividad de la ceria se puede mejorar considerablemente mediante la generación de vacantes de oxígeno. es decir, sitios de oxígeno desocupados. Otro estudio arrojó información básica sobre la posición de las vacantes de oxígeno en varias superficies de ceria y su relevancia para la activación del oxígeno. "Según nuestros hallazgos, Ahora podemos desarrollar y optimizar sistemáticamente los convertidores catalíticos y fotocatalizadores basados en ceria a nanoescala, "Dice el profesor Wöll.
