Los catalizadores son omnipresentes, ya sea en forma de enzima en el cuerpo que digiere los alimentos o en el convertidor catalítico del automóvil que descompone los contaminantes. Los catalizadores juegan un papel importante en hacer que las reacciones químicas sean más eficientes. Recientemente, nanoclusters metálicos (NC) atómicamente precisos que pueden acelerar varios procesos térmicos, electroquímico y se han utilizado reacciones fotoquímicas para diseñar catalizadores útiles. Estas NC son partículas diminutas (menos de 2 nanómetros) cuyas propiedades pueden modificarse cambiando su composición atómica. Los NC de metal han recibido una atención considerable, con científicos que intentan encontrar varias formas de sintetizar NC con funciones únicas.

Una forma popular de fabricar NC metálicos atómicamente precisos es utilizando ligandos (moléculas o iones que se adhieren a un núcleo metálico central). Estos ligandos no solo protegen a los diminutos NC, sino que también afectan su reactividad química y selectividad. Algunas veces, sin embargo, la reactividad es menor de lo esperado.

Para aumentar la actividad catalítica de los NC de metales protegidos por ligandos, se calientan en un horno a altas temperaturas sin oxígeno (un proceso llamado "calcinación") para eliminar los ligandos del grupo principal. Sin embargo, calentar las partículas a temperaturas muy altas puede hacer que los NC se acumulen, a menudo conduce a una disminución de la reactividad. "Cuando los ligandos se eliminan sin un tratamiento especial, los NC de metal se agregan fácilmente al soporte y pierden sus propiedades específicas de tamaño. Es esencial comprender el mecanismo de calcinación de ligandos para crear catalizadores heterogéneos altamente funcionales en las condiciones adecuadas. "dice el profesor Yuichi Negishi de la Universidad de Ciencias de Tokio, Japón, que investiga sobre la síntesis de nanoclusters.

En un nuevo estudio publicado en Angewandte Chemie , El profesor Negishi dirigió un equipo de investigadores, incluido el profesor asistente Tokuhisa Kawawaki, Sr. Yuki Kataoka, Sra. Momoko Hirata, y el Sr. Yuki Akinaga, para profundizar en el mecanismo del proceso de eliminación de ligandos en los NC. Por sus experimentos, los investigadores sintetizaron NC de oro protegidos por dos ligandos, 2-feniletanotiolato y ácido mercaptobenzoico y luego los apoyó sobre un óxido metálico fotocatalítico. Próximo, El equipo calentó el material preparado a diferentes temperaturas que van desde 195 grados C a 500 grados C. Después de cada paso, analizaron los productos utilizando técnicas como la espectroscopia infrarroja, Espectroscopía de fotoelectrones de rayos X, y microscopía electrónica de transmisión para identificar los cambios en su composición química.

Una vez que los ligandos se liberaron por completo, El equipo incrustó los NC de oro dentro de una fina película de óxido de cromo irradiando la muestra con luz ultravioleta para evitar la agregación de los NC. Este proceso generó un fotocatalizador con propiedades útiles como alta actividad de separación de agua y estabilidad.

Estos hallazgos guían el diseño de catalizadores metálicos basados ​​en NC en el futuro, con aplicaciones en generación de hidrógeno para pilas de combustible de hidrógeno. "Con nuestra investigación, esperamos construir una limpia, sostenible, sociedad, un ladrillo a la vez, ", concluye el profesor Negishi.