I ricercatori ritengono che il puzzle dell'oro catalitico sia ora parzialmente risolto. L'oro può catalizzare una reazione di ossidazione ossidandosi prima. Nuove prove di ricerca sulla fase oro-ossido a temperatura ambiente e pressione atmosferica ci aiutano a comprendere finalmente i meccanismi di ossidazione dei nanocluster catalitici d'oro in queste condizioni.

"Questo è fondamentale se vogliamo progettare catalizzatori di ossidazione che potrebbero utilizzare l'ossigeno ambientale nel processo di reazione. I catalizzatori che funzionano a basse temperature sono significativi in ​​termini di efficienza energetica in futuro, ", afferma l'Academy Research Fellow Karoliina Honkala presso il Nanoscience Center (NSC) dell'Università di Jyvaskyla.

I ricercatori del NSC mostrano nuove prove da studi computazionali che supportano cluster d'oro di dimensioni nanometriche possono rompere completamente il legame O-O mediante la formazione di una nuova fase unidimensionale di ossido d'oro al confine del cluster. Si prevede che questo meccanismo predomini a condizioni ambientali di una pressione atmosferica e temperatura ambiente.

Lo studio è stato pubblicato a settembre in Angewandte Chemie , la principale rivista internazionale di chimica. Lo studio fa parte del progetto Academy of Finland Academy Researcher di Karoliina Honkala ed è stato condotto in collaborazione con il professor Hannu Häkkinen. Il lavoro di calcolo è stato facilitato da ampie risorse del Centro informatico finlandese per la scienza, CSC.

Nello studio, i ricercatori hanno esposto i grappoli d'oro spessi un monostrato a un numero variabile di molecole di ossigeno. È stato scoperto che anche un cluster d'oro può assorbire efficacemente più molecole di ossigeno ai confini del cluster, contemporaneamente indebolendo (stirando) il legame O-O trasferendo elettroni alle molecole di ossigeno. Tenendo conto degli effetti della temperatura e della pressione ambiente, i calcoli hanno previsto che le molecole di ossigeno si dissociano completamente e gli atomi di ossigeno e oro formano catene alternate unidimensionali al confine del cluster (vedi Figura). Gli atomi di ossigeno in queste catene sono negativamente e gli atomi d'oro caricati positivamente, creando un sistema che ricorda una catena unidimensionale di ossido d'oro. Queste catene dovrebbero essere la parte altamente cataliticamente attiva verso la conversione del monossido di carbonio in anidride carbonica a temperatura ambiente.

Ricercatori Pentti Frondelius, Hannu Häkkinen e Karoliina Honkala hanno studiato ammassi d'oro monostrato con 10-20 atomi, supportato da sottili pellicole di ossido di magnesio che sono state coltivate su metallo argentato. Questi sistemi possono essere preparati sperimentalmente, e l'anno scorso il gruppo Jyväskylä ha pubblicato uno studio congiunto con il professor Hans-Joachim Freund del Fritz-Haber Institute di Berlino per caratterizzare le strutture atomiche ed elettroniche degli ammassi d'oro in tali sistemi (vedi http://prl.aps.org/abstract/ PRL/v102/i20/e206801).

Un intenso lavoro sperimentale dall'inizio degli anni '80 ha indicato che le nanoparticelle d'oro mostrano un'attività catalitica inaspettata nei confronti di molte reazioni chimiche di importanza industriale che comportano l'attivazione di legami atomici all'interno di molecole di ossigeno o idrocarburi. Formazione di anidride carbonica (CO .) a temperatura ambiente ₂ ) da monossido di carbonio (CO) e molecola di ossigeno (O ₂ ) è uno dei processi più studiati. Sono stati suggeriti diversi fattori che contribuiscono alla capacità delle particelle d'oro di attivare il legame O-O, che è considerata la fase di reazione chiave.

"Lo studio ora pubblicato ci fornisce un nuovo approccio al problema. La formazione di ossido d'oro, questo è, l'ossidazione dell'oro, è in contraddizione con le proprietà note dell'oro macroscopico. Su scala nanometrica, però, tutto sembra possibile, " Dice il professor Häkkinen.