Los químicos han medido los efectos del nanoconfinamiento en la catálisis mediante el seguimiento de moléculas individuales a medida que se sumergen en "nanopozos" y reaccionan con los catalizadores en la parte inferior.

Los pozos en estos experimentos tienen un promedio de 2,3 mil millonésimas de metro de ancho y alrededor de 80 a 120 mil millonésimas de metro de profundidad. Estos diminutos canales proporcionan acceso a un catalizador de platino intercalado entre los núcleos sólidos y las cáscaras porosas de las esferas de sílice. Y están ayudando a un equipo de químicos a comprender cómo ese nanoconfinamiento de catalizadores afecta las reacciones.

Los estudios previos de las reacciones se han limitado al trabajo teórico con modelos y experimentos simplificados siguiendo una colección de moléculas. Este estudio pudo recopilar datos de una sola molécula porque el experimento creó una molécula fluorescente que podía encenderse, fotografiado y rastreado, incluso en nanoconfinamiento.

"Este efecto de nanoconfinamiento no se comprende bien, especialmente a nivel cuantitativo, "dijo Wenyu Huang, profesor asociado de química de la Universidad Estatal de Iowa y asociado del Laboratorio Ames del Departamento de Energía de EE. UU.

Un nuevo artículo publicado recientemente en línea por la revista Catálisis de la naturaleza Informes que, en este caso, "la velocidad de reacción aumenta significativamente en presencia de nanoconfinamiento, ", escribieron Huang y un equipo de coautores.

Huang y Ning Fang, profesor asociado de química en la Universidad Estatal de Georgia en Atlanta, son los autores principales del artículo. A tres años, $ 550, 000 subvención de la National Science Foundation apoyó el proyecto.

Se creó el laboratorio estatal de Iowa de Huang, estudió y describió las esferas de múltiples capas y sus nanopozos de longitud prescrita. El laboratorio de Fang en el estado de Georgia utilizó tecnología de imágenes microscópicas y láser para rastrear las moléculas y medir las reacciones.

Ese fue un gran desafío para los investigadores. Tales mediciones nunca se habían tomado de manera experimental "debido a los desafíos técnicos aparentemente insuperables de rastrear moléculas individuales de forma dinámica en estructuras nanoporosas complejas bajo condiciones de reacción". "escribieron los químicos en su periódico.

Ellos, sin embargo, ideó una técnica experimental que rastreó con éxito más de 10, 000 trayectorias de moléculas de un modelo de reacción catalítica. (La reacción involucró una molécula llamada rojo amplex que reacciona con peróxido de hidrógeno en la superficie de nanopartículas de platino para generar una molécula de producto llamada resorufina, que es una molécula altamente fluorescente).

Además de descubrir que el nanoconfinamiento aumentó la velocidad de reacción, los experimentos mostraron que había menos adherencia de las moléculas a la superficie de las nanopartículas de platino.

Ahora que han demostrado sus técnicas experimentales y han sacado conclusiones iniciales, los químicos planean ampliar su proyecto.

"Una vez que comprendamos este modelo, podemos ver reacciones más complicadas, "Dijo Huang.

Y eso podría conducir a mejores catalizadores.

Como escribieron los químicos en su artículo, "Este trabajo allana el camino para que la investigación diferencie cuantitativamente, Evaluar y comprender los efectos complejos del nanoconfinamiento en los procesos catalíticos dinámicos. guiando así el diseño racional de catalizadores de alto rendimiento ".