El desarrollo de nanopartículas bimetálicas (es decir, partículas diminutas compuestas por dos metales diferentes que exhiben varias propiedades nuevas y mejoradas) representa un área novedosa de investigación con una amplia gama de aplicaciones potenciales. Ahora, Un equipo de investigación de la Escuela de Ingeniería A. James Clark de la Universidad de Maryland (UMD) ha desarrollado un nuevo método para mezclar metales que generalmente se sabe que son inmiscibles. o no mezclable, a nanoescala para crear una nueva gama de materiales bimetálicos. Una biblioteca de este tipo será útil para estudiar el papel de estas partículas bimetálicas en varios escenarios de reacción, como la transformación del dióxido de carbono en combustible y productos químicos.

El estudio, dirigido por el profesor Liangbing Hu, fue publicado en Avances de la ciencia el 24 de abril 2020. El investigador asociado Chunpeng Yang fue el primer autor del estudio.

"Con este método, podemos desarrollar rápidamente diferentes bimetálicos utilizando varios elementos, pero con la misma estructura y morfología, ", dijo Hu." Entonces podemos usarlos para seleccionar materiales catalíticos para una reacción; tales materiales no estarán limitados por dificultades de síntesis ".

La naturaleza compleja de las partículas bimetálicas nanoestructuradas dificulta la mezcla de dichas partículas con métodos convencionales. por una variedad de razones, incluida la composición química de los metales, tamaño de partícula, y cómo se organizan los metales a nanoescala.

Este nuevo método de síntesis de no equilibrio expone las mezclas a base de cobre a un choque térmico de aproximadamente 1300 grados Celsius durante 0,02 segundos y luego las enfría rápidamente a temperatura ambiente. El objetivo de utilizar un intervalo tan corto de calor térmico es atrapar rápidamente, o 'congelar, 'los átomos de metal de alta temperatura a temperatura ambiente mientras mantienen su estado de mezcla. Al hacerlo, el equipo de investigación pudo preparar una colección de aleaciones homogéneas a base de cobre. Típicamente, el cobre solo se mezcla con algunos otros metales, como el zinc y el paladio, pero al utilizar este nuevo método, el equipo amplió el rango miscible para incluir cobre con níquel, planchar, y plata, así como.

"Con un microscopio electrónico de barrido y un microscopio electrónico de transmisión, pudimos confirmar la morfología (cómo se formaron los materiales) y el tamaño de las nanopartículas bimetálicas de Cu-Ag [cobre-plata] resultantes, "Dijo Yang.

Este método permitirá a los científicos crear sistemas de nanopartículas más diversos, estructuras, y materiales que tienen aplicaciones en catálisis, aplicaciones biológicas, aplicaciones ópticas, y materiales magnéticos.

Como sistema modelo para el desarrollo rápido de catalizadores, el equipo investigó las aleaciones a base de cobre como catalizadores para reacciones de reducción de monóxido de carbono, en colaboración con Feng Jiao, profesor de la Universidad de Delaware. La electrocatálisis de reducción de monóxido de carbono (COR) es una plataforma atractiva, permitiendo a los científicos utilizar gases de efecto invernadero y energía eléctrica renovable para producir combustibles y productos químicos.

"El cobre es, hasta ahora, el electrocatalizador monometálico más prometedor que impulsa la reducción del monóxido de carbono a productos químicos de valor agregado, ", dijo Jiao." La capacidad de sintetizar rápidamente una amplia variedad de nanoaleaciones bimetálicas a base de cobre con una estructura uniforme nos permite realizar estudios fundamentales sobre la relación estructura-propiedad en COR y otros sistemas catalizadores ".

La estrategia sintética de no equilibrio puede extenderse a otros sistemas bimetálicos o de óxidos metálicos, también. Utilizando el aprendizaje automático basado en inteligencia artificial, El nuevo método sintético hará posible la detección rápida del catalizador y el diseño racional.