Fino al 1985, l'oro era ampiamente ritenuto chimicamente inerte. Ma una volta che i ricercatori hanno scoperto che le particelle d'oro di dimensioni nanometriche possono agire come catalizzatori straordinari e selettivi, si è aperto un mondo di possibilità.

Oggi, l'oro è utilizzato in molti processi catalitici industriali, come la rimozione del monossido di carbonio dai gas di scarico a basse temperature o persino la sostituzione di catalizzatori a base di mercurio nella produzione di plastica in PVC, entrambi buoni passi per l'ambiente. Però, l'oro è costoso e scarso.

I ricercatori della Virginia Tech mirano a massimizzare la potenza di ogni atomo delle particelle senza fare affidamento su tentativi ed errori che richiedono tempo. Questo problema di lunga durata potrebbe avere una soluzione nel prossimo futuro, grazie al lavoro recentemente pubblicato di Hongliang Xin, un assistente professore presso il Dipartimento di Ingegneria Chimica del College of Engineering della Virginia Tech, e Xianfeng Ma, un borsista postdoc nel gruppo di ricerca di Xin.

In un nuovo studio pubblicato nel peer-reviewed Lettere di revisione fisica , Xin e Ma propongono un nuovo modello in grado di razionalizzare le tendenze di reattività di una varietà di nanoparticelle d'oro con dimensioni diverse, forme, e composizioni—significato, il modello può potenzialmente prevedere solo la giusta formula di catalizzatori d'oro per ottenere un risultato desiderato per una data reazione chimica.

Secondo Xin, questo modello dimostra che gli elettroni s, che non sono permanentemente attaccati ad alcun atomo come gli elettroni d localizzati, regolano la reattività degli atomi di superficie. Questo sfida la saggezza convenzionale del modello d-band standard, che è la teoria ampiamente utilizzata per spiegare l'attività catalitica.

"Questo modello può essere facilmente compreso attraverso un'analogia con il ballo da sala:se balli con molti amici che sono attraenti per te, hai meno probabilità di interagire con estranei, " disse Xin. "Lo stesso si può dire degli atomi catalizzatori, che sarà più attivo nei confronti dei reagenti se non sono circondati da molti attraenti atomi vicini."

Il gruppo di ricerca di Xin si concentra sulla modellazione computazionale per soluzioni energetiche, che è principalmente supportato da Advanced Research Computing presso Virginia Tech.

"Per quanto riguarda la modellazione computazionale, questo è incredibilmente importante perché i processi catalitici sono complessi e le informazioni a quella lunghezza più piccola e alle scale temporali più veloci non sono facilmente accessibili con tecniche sperimentali, " Xin ha detto. "Il nostro lavoro e molti altri nel campo possono offrire capacità uniche per scoprire e progettare catalizzatori migliori attraverso la comprensione delle tendenze struttura-reattività dei catalizzatori modello nei computer".

La scoperta ha significative applicazioni pratiche, soprattutto nell'industria chimica e nelle tecnologie delle energie rinnovabili. A causa della natura generale del modello, può essere adattato per l'uso con altri materiali catalitici, come il nichel, platino, e palladio, comunemente utilizzati nei processi catalitici industriali.