Gli scienziati della Queen Mary University di Londra hanno trovato un modo per posizionare i catalizzatori all'interno dei pori più piccoli di diversi materiali ospiti, un po' come quando i modellini di navi sono spiegati all'interno di una bottiglia.

Quando i materiali sono confinati in questo modo su una scala così piccola, e senza rompere l'ostia, si comportano in modo diverso dalla loro forma bulk, un cambiamento che gli scienziati chiamano effetto confinamento.

Nel caso dei catalizzatori, che sono materiali che accelerano le reazioni chimiche, reclusione può portare a una maggiore attività. Mantiene le particelle ben separate, che è fondamentale per prevenire la perdita di funzione nella catalisi, e conserva la loro superficie altamente reattiva.

Allo stesso modo, quando un materiale viene schiacciato in un piccolo spazio, i suoi elettroni non sono liberi di muoversi come al solito e il colore dell'emissione di luce del materiale potrebbe cambiare, un effetto che potrebbe essere utilizzato nei micro laser.

Questa strategia apre anche la possibilità di materiali multifunzionali in cui l'ospite e l'ospite fanno cose diverse separatamente o, perché l'ospite è confinato, le interazioni tra l'ospite e l'ospite possono produrre nuove proprietà.

Per illustrare l'approccio, i ricercatori hanno utilizzato nanomateriali porosi che sono come spugne ma con tasche da 1 nm all'interno dove possono adattarsi altre molecole. Però, caricare catalizzatori reattivi all'interno di un ospite nanoporoso è impegnativo perché spesso le condizioni di reazione possono distruggere l'ospite.

Lo studio, pubblicato in Comunicazioni sulla natura , dimostra un concetto che utilizza la termodinamica per superare questi problemi. I ricercatori si sono resi conto di poter stimare la stabilità dell'ospite in varie condizioni di reazione.

La ricerca è stata condotta con l'Università di Cambridge, Dalian Institute of Chemical Physics (Accademia cinese delle scienze), Università Nazionale di Singapore e Università del New South Wales.

Investigatore principale Dr. Stoyan Smoukov, della Queen Mary University di Londra, ha detto:"Avevamo alcune idee che il confinamento potesse cambiare le proprietà, poiché tali cambiamenti sono stati osservati in altri sistemi. La domanda era:c'era un modo generale in cui potessimo provare a guidare i ricercatori in modo che potessero sintetizzare tutti i tipi di grandi ospiti con varie funzioni, come i metalli, ossidi metallici, solfuri, nitruri, senza distruggere le ostie?"

Utilizzando diagrammi termodinamici i ricercatori hanno sviluppato un concetto chiamato Pourbaix-Enabled Guest Synthesis (PEGS), dove le condizioni e i composti precursori possono essere scelti per non distruggere gli ospiti. Includono un sistema di tutorial che dimostra come creare una grande varietà di nuovi composti combinati ospite/ospite.

Autore corrispondente, Professore Qiang Fu, dal Dalian Institute of Chemical Physics (Accademia cinese delle scienze), ha aggiunto:"Dal punto di vista pratico, l'approccio PEGS collega la chimica dei materiali con la progettazione di materiali funzionali per applicazioni come la catalisi eterogenea. Le nanostrutture di ossido confinato ottenute con il metodo PEGS in questo lavoro possono presentare prestazioni catalitiche migliorate, che è di grande importanza per la progettazione di catalizzatori di ossido avanzati."

Uno degli autori principali, Tiesheng Wang, dell'Università di Cambridge, ha dichiarato:"L'impatto imminente può essere enorme. Poiché la teoria quantistica descrive la natura su scala atomica-subatomica, il lavoro che aiuta a raggiungere nuovi stati confinati su piccola scala può contribuire alla base per esplorare sperimentalmente il mondo quantistico".