Por primera vez, investigadores, incluidos los de la Universidad de Tokio, han descubierto una forma de mejorar la durabilidad de los catalizadores de oro mediante la creación de una capa protectora de grupos de óxidos metálicos. Los catalizadores de oro mejorados pueden soportar una mayor variedad de entornos físicos que los materiales equivalentes sin protección.
Este avance podría aumentar la gama de posibles aplicaciones de los catalizadores, así como reducir el consumo de energía y los costos en algunas situaciones. Estos catalizadores se utilizan ampliamente en entornos industriales, incluida la síntesis química y la producción de medicamentos; estas industrias podrían beneficiarse de catalizadores de oro mejorados.
La investigación aparece en Nature Communications .
Todo el mundo ama el oro:atletas, piratas, banqueros... todo el mundo. Históricamente ha sido un metal atractivo con el que se elaboran cosas como medallas, joyas, monedas, etc. La razón por la que el oro nos parece tan brillante y atractivo es que es químicamente resistente a condiciones físicas que de otro modo podrían empañar otros materiales:por ejemplo, calor, presión, oxidación y otros perjuicios.
Pero, paradójicamente, a escala nanoscópica, las diminutas partículas de oro invierten esta tendencia y se vuelven muy reactivas, hasta el punto de que desde hace mucho tiempo son esenciales para la realización de diferentes tipos de catalizadores, sustancias intermediarias que aceleran o de alguna manera permiten una reacción química que se lleve a cabo. En otras palabras, son útiles o necesarios para convertir una sustancia en otra, de ahí su uso generalizado en síntesis y fabricación.
"El oro es un metal maravilloso y con razón es elogiado en la sociedad, y especialmente en la ciencia", afirmó el profesor asociado Kosuke Suzuki del Departamento de Química Aplicada de la Universidad de Tokio. "Es excelente para los catalizadores y puede ayudarnos a sintetizar una variedad de cosas, incluidos medicamentos.
"La razón de esto es que el oro tiene una baja afinidad por absorber moléculas y también es muy selectivo en cuanto a con qué se une, por lo que permite un control muy preciso de los procesos de síntesis química. Los catalizadores de oro a menudo operan a temperaturas y presiones más bajas en comparación con los tradicionales. catalizadores, que requieren menos energía y reducen el impacto ambiental."
Sin embargo, por muy bueno que sea el oro, tiene algunos inconvenientes. Se vuelve más reactivo a medida que se forman partículas más pequeñas, y llega un punto en el que un catalizador hecho con oro puede comenzar a sufrir negativamente por el calor, la presión, la corrosión, la oxidación y otras condiciones. Suzuki y su equipo creyeron que podían mejorar esta situación e idearon un nuevo agente protector que podría permitir que un catalizador de oro mantuviera sus funciones útiles, pero a través de una gama más amplia de condiciones físicas que normalmente obstaculizan o destruyen un catalizador de oro típico.
"Las nanopartículas de oro actuales utilizadas en catalizadores tienen cierto nivel de protección, gracias a agentes como dodecanotioles y polímeros orgánicos. Pero nuestra nueva se basa en un grupo de óxidos metálicos llamados polioxometalatos y ofrece resultados muy superiores, especialmente en lo que respecta al estrés oxidativo. ", dijo Suzuki.
"Actualmente estamos investigando las nuevas estructuras y aplicaciones de los polioxometalatos. Esta vez aplicamos los polioxometalatos a nanopartículas de oro y comprobamos que los polioxometalatos mejoran la durabilidad de las nanopartículas. El verdadero desafío fue aplicar una amplia gama de técnicas analíticas para probar y verificar todo esto. "
El equipo utilizó una variedad de técnicas conocidas colectivamente como espectroscopia. Empleó nada menos que seis métodos espectroscópicos que varían en el tipo de información que revelan sobre un material y su comportamiento. Pero en términos generales, funcionan proyectando algún tipo de luz sobre una sustancia y midiendo con sensores especializados cómo esa luz cambia de alguna manera. Suzuki y su equipo pasaron meses realizando varias pruebas y diferentes configuraciones de su material experimental hasta que encontraron lo que buscaban.
"No nos motiva simplemente intentar mejorar algunos métodos de síntesis química. Hay muchas aplicaciones de nuestras nanopartículas de oro mejoradas que podrían usarse en beneficio de la sociedad", afirmó Suzuki. "Catalizadores para reducir la contaminación (muchos coches de gasolina ya tienen un convertidor catalítico familiar), pesticidas menos impactantes, química verde para energía renovable, intervenciones médicas, sensores para patógenos transmitidos por los alimentos, y la lista continúa.
"Pero también queremos ir más allá. Nuestros próximos pasos serán mejorar la variedad de condiciones físicas a las que podemos hacer que las nanopartículas de oro sean más resistentes, y también ver cómo podemos agregar algo de durabilidad a otros metales catalíticos útiles como el rutenio, el rodio y el renio. y, por supuesto, algo que la gente valora incluso más que el oro:el platino."
Más información: Catalizadores de nanopartículas de oro coloidal ultraestables y altamente reactivos protegidos mediante nanoclusters de óxido metálico multidentados, Nature Communications (2024). DOI:10.1038/s41467-024-45066-9
Información de la revista: Comunicaciones sobre la naturaleza
Proporcionado por la Universidad de Tokio
