I ricercatori del National Institute of Standards and Technology hanno sviluppato un veloce, semplice processo per produrre "nano-lamponi" di platino, grappoli microscopici di particelle su scala nanometrica del metallo prezioso. La forma a bacca è significativa perché ha una superficie elevata, che è utile nella progettazione di catalizzatori. Notizie ancora migliori per i chimici industriali:i ricercatori hanno scoperto quando e perché i grappoli di bacche si raggruppano in grappoli più grandi di "nano-uva".

La ricerca potrebbe contribuire a rendere più pratiche le celle a combustibile. Le nanoparticelle possono fungere da catalizzatori per aiutare a convertire il metanolo in elettricità nelle celle a combustibile. Il processo di 40 minuti del NIST per produrre nano-lamponi, descritto in un nuovo documento, ha diversi vantaggi. L'elevata superficie delle bacche favorisce reazioni efficienti. Inoltre, il processo NIST utilizza acqua, un solvente benigno o "verde". E i grappoli catalizzano costantemente le reazioni del metanolo e sono stabili a temperatura ambiente per almeno otto settimane.

Sebbene le bacche fossero di platino, il metallo è costoso ed è stato utilizzato solo come modello. Lo studio aiuterà effettivamente a guidare la ricerca di materiali catalizzatori alternativi, e il comportamento di aggregazione nei solventi è un problema chiave. Per le celle a combustibile, le nanoparticelle spesso vengono mescolate con solventi per legarle a un elettrodo. Per sapere come tali formule influenzano le proprietà delle particelle, il team del NIST ha misurato per la prima volta l'aggregazione di particelle in quattro diversi solventi. Per applicazioni come celle a combustibile a metanolo liquido, le particelle di catalizzatore dovrebbero rimanere separate e disperse nel liquido, non agglomerato.

"La nostra innovazione ha poco a che fare con il platino e tutto con il modo in cui i nuovi materiali vengono testati in laboratorio, ' afferma il capo del progetto Kavita Jeerage. 'Il nostro contributo fondamentale è che dopo aver creato un nuovo materiale è necessario fare delle scelte. La nostra carta riguarda una scelta:quale solvente usare. Abbiamo creato le particelle in acqua e testato se potevi metterle in altri solventi. Abbiamo scoperto che questa scelta è un grosso problema.'

Il team del NIST ha misurato le condizioni in cui le particelle di platino, di dimensioni variabili da 3 a 4 nanometri (nm) di diametro, agglomerato in grappoli larghi 100 nm o più. Hanno scoperto che l'aggregazione dipende dalle proprietà elettriche del solvente. I lamponi formano grappoli d'uva più grandi in solventi meno polari, ' questo è, dove le molecole di solvente mancano di regioni con cariche fortemente positive o negative, (l'acqua è una molecola fortemente polare).

I ricercatori se lo aspettavano. Quello che non si aspettavano è che la tendenza non si ridimensiona in modo prevedibile. I quattro solventi studiati erano acqua, metanolo, etanolo e isopropanolo, ordinati per polarità decrescente. Non c'era molta agglomerazione nel metanolo; i grappoli sono diventati circa il 30 percento più grandi di quelli in acqua. Ma in etanolo e isopropanolo, i cespi sono diventati del 400 percento e del 600 percento più grandi, rispettivamente, grappoli davvero enormi. Questa è una qualità di sospensione molto scarsa per scopi catalitici.

Poiché le nanoparticelle si sono accumulate lentamente e non troppo nel metanolo, i ricercatori hanno concluso che le particelle potrebbero essere trasferite a quel solvente, supponendo che dovessero essere utilizzati entro pochi giorni, mettendo effettivamente una data di scadenza sul catalizzatore.