Hay un dicho para "nunca cambiar un sistema en ejecución". Sin embargo, los nuevos métodos pueden ser muy superiores a los antiguos. Si bien hasta la fecha las reacciones químicas se aceleran principalmente por materiales catalíticos que comprenden varios cientos de átomos, el uso de átomos individuales podría proporcionar un nuevo enfoque para la catálisis.

Un equipo de investigación internacional, liderado por la TU Wien, Austria, ahora ha desarrollado un nuevo método para anclar átomos individuales de manera controlada y estable en superficies. Este es un paso importante hacia la catálisis de un solo átomo. Los investigadores que trabajan con Bernhard C. Bayer presentaron el nuevo método en la revista científica ACS Nano .

Átomos individuales para reemplazar nanopartículas

Los catalizadores modernos constan de nanopartículas y, por lo tanto, son muy pequeños. Sin embargo, considerando su tamaño en la escala atómica, todavía forman parte de cientos de átomos, mucho más grandes que los catalizadores de un solo átomo. Si fuera posible acelerar las reacciones químicas con átomos individuales, esto podría abrir nuevas oportunidades para la catálisis. La catálisis de un solo átomo puede ser más sostenible y energéticamente eficiente y también puede ser más selectiva y lograr una mayor rotación que los procesos tradicionales.

En el método recientemente desarrollado, Los átomos de silicio sirven como "anclajes" para átomos de un solo metal. Los propios átomos de silicio se encuentran a menudo como impurezas en los materiales de soporte de carbono. A estos átomos de silicio ahora están unidos los átomos de indio, que pueden actuar como catalizadores de un solo átomo. "Los átomos de indio se unen selectivamente a los anclajes de silicio en la red cristalina de carbono, "dice Bernhard C. Bayer del Instituto de Química de Materiales en la TU Wien." Por lo tanto, los átomos de indio individuales permanecen estables y anclados en sus posiciones y no se agrupan, "continúa Bayer, quien dirigió la investigación. "Lo que hace que la nueva tecnología sea particularmente interesante es que los átomos de indio están anclados de forma autoensamblada, si las condiciones de reacción son las adecuadas. Esto hace que el proceso sea potencialmente escalable, ", añade Kenan Elibol de la Universidad de Viena y el Trinity College de Dublín y primer autor del estudio.

Sin embargo, el proceso también vino con sus desafíos que el equipo de investigación enfrentó con éxito. Particularmente, la deposición de átomos individuales sobre superficies sólidas de soporte es difícil. Esto se debe a que los átomos individuales normalmente se alejan rápidamente de sus ubicaciones y se agrupan para formar partículas más grandes. La formación de partículas más grandes niega las ventajas de la catálisis de un solo átomo.

Más pruebas a seguir

Usando un microscopio electrónico de alta resolución en la Universidad de Viena, el equipo de investigación pudo observar los mecanismos del anclaje de silicio de los átomos individuales de indio. "Pudimos demostrar, que el anclaje de los átomos de indio depende de cómo se unen los anclajes de silicio a la red cristalina de carbono, "dice Toma Susi de la Universidad de Viena, quienes dilucidaron aún más las estructuras de anclaje mediante métodos computacionales modernos. "Este anclaje controlado y estable a temperatura ambiente de átomos individuales en superficies sólidas aún no se ha informado y abre perspectivas interesantes para aplicaciones catalíticas en los campos de la energía y el medio ambiente". "añade Dominik Eder de TU Wien y experto en catálisis.

Seguirán más experimentos para que el método desarrollado por los investigadores vieneses también pueda utilizarse industrialmente:"Los átomos individuales colocados con el nuevo método ahora se probarán en detalle como catalizadores para varias reacciones químicas, "dice Bernhard C. Bayer.