Los catalizadores son esencialmente impulsores que aumentan la velocidad de una reacción química, y son ampliamente utilizados en los campos de la refinación de petróleo, conversión de carbón y gas natural, y producción de amoniaco, para nombrar unos pocos. Los catalizadores también impulsan la tecnología emergente de baterías y celdas de combustible, que suele consumir (térmica o eléctricamente) mucha energía, requiriendo así catálisis para reducir la temperatura de reacción, presión, o sobrepotenciales electroquímicos.
Los catalizadores de un solo átomo maximizan la eficiencia de utilización del metal de cada átomo y proporcionan un rendimiento superior, que representa la frontera de la catálisis. Átomos individuales, sin embargo, son típicamente inestables cuando se sintetizan a baja temperatura (p. ej., menos de 1000 K), y tienden a volver a agregarse en nanopartículas como un medio para minimizar la energía superficial. Con ese fin, un equipo de investigación del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales (MSE) de la Universidad de Maryland (UMD) desarrolló un método de catálisis de ondas de choque de alta temperatura, que alcanza hasta 3000K, que es la mitad de la temperatura del sol, destinada a "anclar" átomos individuales en el sustrato, ofreciendo una estabilidad térmica superior.
El equipo de investigación dirigido por el profesor de MSE Liangbing Hu, publicó su estudio en Nanotecnología de la naturaleza el 12 de agosto. Yonggang Yao, MSE Ph.D. Estudiante y miembro del equipo de investigación del Dr. Hu, sirvió como autor principal del artículo.
"Nuestro método se logra mediante el calentamiento periódico de encendido y apagado con un estado de encendido corto (~ 1500 K durante 55 ms) y un estado de apagado 10 veces más largo (temperatura ambiente), "dijo Yao." La alta temperatura proporciona energía de activación para la dispersión del átomo mediante la formación de fuertes enlaces de defectos metálicos, mientras que el estado fuera asegura críticamente la estabilidad general ".
Se utilizó calentamiento Joule para alcanzar las marcas de alta temperatura, y el equipo confirmó la síntesis mediante microscopía electrónica de transmisión de barrido in situ (STEM). Esta técnica se puede utilizar en reacciones catalíticas como la conversión de metano, que convierte el gas natural en productos químicos útiles como el etileno, etano y benceno.
"El método de ondas de choque informado es sencillo, ultrarrápido y universal, que abre una ruta general para la fabricación de un solo átomo que es convencionalmente desafiante, "dijo Hu.
