Las nanopartículas varían en tamaño de 1 a 100 nanómetros y, en comparación con las partículas habituales, se sabe que tienen características únicas que se utilizan cada vez más para diagnosticar el cáncer, desarrollar pequeños dispositivos electrónicos y baterías solares, así como en muchas otras esferas.
En su nuevo artículo publicado en Physical Review B , investigadores de Skoltech revelaron que las propiedades catalíticas de las nanopartículas bimetálicas (cuando un material acelera o retrasa una reacción química sin ser consumido por la reacción) se pueden ajustar mientras se cambia la estructura de la nanopartícula.
Actualmente, las de mayor interés son las partículas bimetálicas de núcleo y capa, en las que el núcleo y la capa están compuestos de metales diferentes. Los investigadores estudiaron tres tipos de nanopartículas:núcleo de Cu/cubierta de Au, núcleo de Au/cubierta de Cu y partículas de aleación bimetálica homogénea de AuCu. A diferencia de las partículas núcleo-capa, la estructura de las partículas bimetálicas habituales no está ordenada.
"Observamos cómo diferentes relaciones núcleo-capa pueden cambiar los estados electrónicos en la superficie. Estos cambios tienen un impacto en la capacidad de unión entre una nanopartícula y una molécula de CO. Concluimos que es posible duplicar la energía de adsorción; más precisamente, La quimisorción, que es una unión química entre átomos, moléculas de gases y la superficie del cristal o nanopartícula, en relación con un metal puro mediante el ajuste de la relación núcleo-cubierta en la nanopartícula", dijo el investigador científico Ilya Chepkasov de Material Discovery Laboratory, autor principal del estudio.
El estudio involucró varias etapas y utilizó la teoría funcional de la densidad. En la primera etapa, el equipo utilizó nanopartículas de un tamaño de 2 nanómetros para construir partículas núcleo-envoltura con diferentes proporciones núcleo-envoltura y analizó cómo cambiaba la carga superficial dependiendo de la proporción. Posteriormente, los investigadores calcularon la adsorción de moléculas de CO y O en la superficie de las nanopartículas y demostraron cómo las propiedades de adsorción de las nanopartículas se pueden cambiar variando la carga superficial asociada con el ajuste fino de su estructura.
"Revelamos patrones fundamentales que se utilizarán más adelante para desarrollar modelos impulsados por IA para una predicción efectiva de la adsorción y las propiedades catalíticas de las nanopartículas bimetálicas mientras realizamos una detección de alto rendimiento para nuevos materiales con propiedades específicas", añadió el profesor Alexander Kvashnin de Energy Transition. Center, el jefe de la investigación.
Los resultados demuestran que ajustar la estructura de las nanopartículas ayuda a encontrar las propiedades catalíticas necesarias de las nanopartículas, lo que ayudará a controlar el catalizador. La relevancia práctica radica en mejorar la purificación de gases, por ejemplo, para limpiar gases técnicos del CO altamente tóxico y hacerlos más seguros.
Más información: Ilya V. Chepkasov et al, Ajuste basado en la estructura de la adsorción de O y CO en nanopartículas de AuCu:un estudio de la teoría funcional de la densidad, Revisión física B (2023). DOI:10.1103/PhysRevB.108.205414
Información de la revista: Revisión física B
Proporcionado por el Instituto de Ciencia y Tecnología de Skolkovo
