¿Le afectan sus vecinos? También lo son las nanopartículas en los catalizadores. Nueva investigación de la Universidad Tecnológica de Chalmers, Suecia, publicado en las revistas Avances de la ciencia y Comunicaciones de la naturaleza , revela cómo los vecinos más cercanos determinan qué tan bien funcionan las nanopartículas en un catalizador.

"El objetivo a largo plazo de la investigación es poder identificar superpartículas, contribuir a catalizadores más eficientes en el futuro. Para utilizar los recursos mejor que hoy, También queremos que la mayor cantidad posible de partículas participen activamente en la reacción catalítica al mismo tiempo, "dice el líder de investigación Christoph Langhammer en el Departamento de Física de la Universidad Tecnológica de Chalmers.

Imagínese un gran grupo de vecinos reunidos para limpiar un patio comunitario. Se pusieron a trabajar cada uno contribuyendo al esfuerzo del grupo. El único problema es que no todos son igualmente activos. Mientras que algunos trabajan duro y eficientemente, otros pasean, charlando y tomando café. Si solo mirara el resultado final, Sería difícil saber quién trabaja más, y quien simplemente se relajó. Para determinar eso, necesitaría monitorear a cada persona a lo largo del día. Lo mismo se aplica a la actividad de las nanopartículas metálicas en un catalizador.

La búsqueda de catalizadores más efectivos a través de la cooperación vecinal

Dentro de un catalizador, varias partículas afectan la efectividad de las reacciones. Algunas de las partículas en la multitud son efectivas, mientras que otros están inactivos. Pero las partículas a menudo están ocultas dentro de diferentes "poros, "como en una esponja, y por tanto son difíciles de estudiar.

Para poder ver lo que realmente está sucediendo dentro de un poro de catalizador, los investigadores de la Universidad Tecnológica de Chalmers aislaron un puñado de partículas de cobre en un nanotubo de vidrio transparente. Cuando varios se juntan en la pequeña tubería llena de gas, se hace posible estudiar qué partículas hacen qué, y cuando, en condiciones reales.

En el tubo las partículas entran en contacto con una mezcla de gas de entrada de oxígeno y monóxido de carbono. Cuando estas sustancias reaccionan entre sí en la superficie de las partículas de cobre, se forma dióxido de carbono. Es la misma reacción que ocurre cuando los gases de escape se purifican en el convertidor catalítico de un automóvil, excepto allí, partículas de platino, El paladio y el rodio se utilizan a menudo para descomponer el monóxido de carbono tóxico en lugar del cobre. Pero estos metales son caros y escasos, por lo que los investigadores buscan alternativas más eficientes en el uso de recursos.

"El cobre puede ser un candidato interesante para oxidar el monóxido de carbono. El desafío es que el cobre tiene una tendencia a cambiarse durante la reacción, y necesitamos poder medir qué estado de oxidación tiene una partícula de cobre cuando está más activa dentro del catalizador. Con nuestro nanoreactor, que imita un poro dentro de un catalizador real, esto ahora será posible, "dice David Albinsson, Investigador postdoctoral en el Departamento de Física de Chalmers y primer autor de dos artículos científicos publicados recientemente en Avances de la ciencia y Comunicaciones de la naturaleza .

Cualquiera que haya visto un techo o una estatua de cobre antiguo reconocerá cómo el metal marrón rojizo pronto se vuelve verde después del contacto con el aire y los contaminantes. Algo similar ocurre con las partículas de cobre en los catalizadores. Por tanto, es importante conseguir que trabajen juntos de forma eficaz.

"Lo que hemos demostrado ahora es que el estado de oxidación de una partícula puede verse afectado dinámicamente por sus vecinos más cercanos durante la reacción. Por lo tanto, la esperanza es que eventualmente podamos ahorrar recursos con la ayuda de una cooperación vecinal optimizada en un catalizador". "dice Christoph Langhammer, profesor del Departamento de Física de Chalmers.