Quando Amplex Red si connette con un catalizzatore d'oro, la struttura viene modificata per creare una molecola fluorescente che emette immediatamente un lampo di luce, mostrando dove si è verificato l'evento catalitico. Destra, microfotografia elettronica di un singolo nanorod d'oro, racchiuso in un guscio di silice poirus. Il guscio impedisce alle aste di aggregarsi e consente agli sperimentatori di utilizzare il calore per rimuovere un rivestimento che si forma quando vengono create le aste. Immagine:Chen Lab
Gli ingegneri che cercano di migliorare i catalizzatori per celle a combustibile potrebbero cercare nel posto sbagliato, secondo una nuova ricerca alla Cornell.
C'è un crescente interesse nella formazione di catalizzatori che scompongono il carburante per generare elettricità in nanoparticelle. Le nanoparticelle forniscono una superficie più ampia per accelerare le reazioni, e in alcuni casi, i materiali che non sono catalitici alla rinfusa lo diventano su scala nanometrica.
Queste nanoparticelle, tipicamente solo poche decine di nanometri (nm) di larghezza, non sono piccole sfere pulite, ma pezzi piuttosto frastagliati, come ghiaia in microscala, e i ricercatori hanno scoperto che possono correlare l'attività catalitica con le informazioni sul numero e sul tipo delle loro sfaccettature superficiali. Ma potrebbero guardare la foresta e ignorare gli alberi.
"Le persone misurano l'attività di un campione e poi cercano di capire utilizzando le informazioni sulle sfaccettature, " disse Peng Chen, professore associato di chimica e biologia chimica. "Il messaggio che vogliamo trasmettere è che i difetti superficiali [sulle sfaccettature] dominano la catalisi".
La ricerca di Chen è riportata il 19 febbraio nell'edizione online della rivista Nanotecnologia della natura .
Al posto delle particelle, Il gruppo di ricerca di Chen ha studiato gli eventi catalitici su "nanorodi" d'oro lunghi fino a 700 nm, permettendo loro di vedere in modo efficace come l'attività varia su un singolo aspetto. L'oro funge da catalizzatore per convertire una sostanza chimica chiamata Amplex Red in resorufina, che è fluorescente.
Ogni volta che si verifica un evento catalitico, la molecola di resorufina appena creata emette un lampo di luce che viene rilevato da una fotocamera digitale guardando attraverso un microscopio. Un flash in genere appare come diversi pixel, e l'elaborazione aggiuntiva del computer calcola la media della loro luminosità per individuare l'evento effettivo entro pochi nanometri. I ricercatori chiamano la tecnica "microscopia a super risoluzione". Dopo aver allagato un campo di nanotubi con una soluzione di Amplex Red, hanno realizzato un "filmato" con un fotogramma ogni 25 millisecondi.
I ricercatori hanno trovato più eventi catalitici vicino al centro di un'asta, si assottiglia verso le estremità e un salto indietro alle estremità. Hanno anche trovato variazioni nella quantità di attività da una canna all'altra, anche se tutte le canne hanno gli stessi tipi di sfaccettature.
Per spiegare i risultati, hanno proposto che l'attività sia maggiore nelle aree dove ci sono più difetti superficiali. I nanorod sono realizzati facendo crescere cristalli d'oro da un piccolo cristallo "seme", crescendo verso l'esterno dal centro alle estremità, Chen ha spiegato, e più difetti si formano all'inizio del processo.
"La conoscenza delle sfaccettature della superficie ... è insufficiente per prevedere la reattività, " hanno detto i ricercatori nel loro articolo. "Anche i difetti superficiali possono svolgere un ruolo dominante".
I risultati con un catalizzatore d'oro e molecole fluorescenti dovrebbero essere ugualmente applicabili ad altri catalizzatori, compresi quelli utilizzati nelle celle a combustibile e per la bonifica dell'inquinamento, disse Chen.
