(Phys.org) —I ricercatori dell'Università dell'Illinois hanno sviluppato un approccio unico per la sintesi di nanoparticelle icosaedriche altamente uniformi fatte di platino. I risultati hanno mostrato che i fattori chiave per il controllo della forma includono la rapida nucleazione, crescita cineticamente controllata, e protezione dall'ossidazione da parte dell'aria.

"Abbiamo sviluppato un approccio unico per la sintesi di nanoparticelle icosaedriche altamente uniformi fatte di platino (Pt), " ha spiegato Hong Yang, un professore di ingegneria chimica e biomolecolare presso l'Università dell'Illinois a Urbana-Champaign. "Questo è importante sia negli studi fondamentali - nanoscienze e nanotecnologie - sia nelle scienze applicate come i catalizzatori per celle a combustibile ad alte prestazioni".

Il gruppo di ricerca di Yang si concentra sulla sintesi e sulla comprensione della relazione struttura-proprietà di materiali nanostrutturati per applicazioni in campo energetico, catalisi, e biotecnologie. La sua carta, "Icosaedri di platino altamente uniformi realizzati con il metodo GRAILS assistito da iniezione a caldo, " è stato pubblicato questa settimana in Nano lettere .

"Sebbene le nanostrutture poliedriche, come un cubo, tetraedro, ottaedro, cubottaedro, e anche icosaedro, sono stati sintetizzati per diversi metalli nobili, Pt icosaedri uniformi non si formano facilmente e raramente si formano, " ha dichiarato Wei Zhou, uno studioso in visita con il gruppo di ricerca di Yang e il primo autore dell'articolo.

Un cristallo di icosaedro è un poliedro con 20 facce triangolari equilatere identiche, 30 spigoli e 12 vertici. Secondo Yang, i cristalli di forma icosaedrica possono migliorare l'attività catalitica nella reazione di riduzione dell'ossigeno in parte a causa della deformazione superficiale.

"La fase di reazione chiave per migliorare l'attività dei catalizzatori dell'elettrodo a ossigeno nella cella a combustibile a idrogeno è ottimizzare la forza del legame tra il Pt e le specie intermedie contenenti ossigeno assorbite, "Ha detto Yang. "Ciò consente la rapida produzione di acqua e lascia che l'intermedio reagisca e lasci rapidamente la superficie in modo che il sito del catalizzatore possa essere riutilizzato".

"A differenza di molte altre forme di nanoparticelle metalliche, un nanocristallo icosaedrico non è un singolo cristallo, ma ha molti confini gemelli (difetti) all'interno di questa forma. Dati di simulazione precedenti suggeriscono che è instabile che le nanoparticelle di Pt esistano in questa forma a circa> 1-2 nm e, infatti, è raro che le nanoparticelle di Pt abbiano questa morfologia." I nanocristalli icosaedrici di Pt altamente uniformi con una lunghezza del bordo di 8,8 nm sono stati sintetizzati dal gruppo di ricerca di Yang. Sono stati realizzati con acetilacetonato di platino in dodecilammina e con una piccola quantità di acido oleico mediante un'iniezione a caldo -approccio assistito di GRAILS (agente riducente di gas in soluzione liquida).Nell'approccio GRAILS, l'inclusione di gas CO facilita notevolmente la formazione di forme ben definite.

"I nostri risultati hanno mostrato che i fattori chiave per il controllo della forma includono la rapida nucleazione, crescita cineticamente controllata, e protezione dall'ossidazione per via aerea, " ha aggiunto Zhou. Regolando questi parametri chiave, Aste Pt iper-ramificate, cubi, e sono stati ottenuti anche ottapodi.

"Stiamo attualmente studiando perché questa forma si forma nei nostri sistemi e come possiamo usare questo principio per produrre altre nanoparticelle di Pt e le sue leghe insolite e potenzialmente utili, " osservò Yang. "L'elevata purezza (> 95%) dei prodotti fornisce i materiali modello ideali per studiare le relazioni struttura/morfologia-proprietà. Tale comprensione meccanicistica è preziosa per la progettazione di dispositivi avanzati, catalizzatori in metallo e leghe metalliche ad alte prestazioni."