Per anni, le particelle strutturate core-shell sono state riconosciute come catalizzatori ben progettati che possono facilitare l'attività di reazione grazie al loro distinto sinergismo all'interfaccia.

Recentemente, utilizzando una combinazione di metodi in situ, Il dottor Liu Wei e i suoi colleghi del Dalian Institute of Chemical Physics (DICP) dell'Accademia cinese delle scienze hanno scoperto che la configurazione del nucleo-guscio di un catalizzatore Ni-Au è stata persa durante la reazione effettiva e recuperata in seguito. La lega Ni-Au come vera superficie attiva può essere osservata esclusivamente tramite microscopia in situ. I risultati sono stati pubblicati in Catalisi della natura .

Le nanoparticelle metalliche supportate possono cambiare dimensione, struttura, e composizione della superficie attiva in condizioni di reazione, quindi funziona in modo diverso dal previsto.

Per quanto riguarda le nanoparticelle core-shell, uno dei catalizzatori eterogenei più popolari, è accettato che le loro proprietà catalitiche derivino dalla sinergia di elettronica e geometria tra il core e lo strato shell.

Però, la mancanza di prove dirette in situ che visualizzino la coordinazione/disposizione atomica localizzata durante le reazioni reali impedisce la nostra comprensione dell'attuale meccanismo struttura-attività e della funzionalità del nucleo-guscio.

I ricercatori del DICP hanno descritto la vera superficie catalitica di un catalizzatore bimetallico Ni-Au. Senza caratterizzazione in situ, non ha mostrato alcuna differenza da qualsiasi altra catalisi del nucleo-guscio riportata. La sua elevata selettività alla CO (> 95%) (Fig. 1b) potrebbe essere attribuito al guscio di Au ultrasottile (circa due atomi di spessore) ben controllato, poiché un catalizzatore di nichel produce sempre metano.

Però, utilizzando la microscopia elettronica a trasmissione ambientale per visualizzare direttamente il processo dinamico a livello atomico (Fig. 1a), i ricercatori hanno scoperto che la struttura nucleo-guscio non ha contribuito alla reattività perché il nucleo-guscio Ni-Au si è trasformato cineticamente in una lega Ni-Au durante la reazione e è tornato drammaticamente alla configurazione nucleo-guscio dopo la reazione (Fig. 1c) .

Questa scoperta è stata ben supportata dai risultati di molteplici tecniche in situ, compresa la spettroscopia a raggi X di sincrotrone e la spettroscopia a infrarossi, nonché simulazioni teoriche.

Questa scoperta sulle nanoparticelle core-shell capovolge la nostra comprensione convenzionale. Di conseguenza, i ricercatori potrebbero iniziare a chiedersi se i catalizzatori core-shell siano davvero nella struttura core-shell in condizioni di lavoro o meno. La scoperta di questa trasformazione nascosta indica anche che gli sforzi per sintetizzare le strutture nucleo-guscio potrebbero essere inutili in alcune reazioni.