Un team dell'Università di Pittsburgh ha superato un grosso ostacolo che affliggeva lo sviluppo di nanomateriali come quelli che potrebbero portare a catalizzatori più efficienti utilizzati per produrre idrogeno e rendere meno tossici gli scarichi delle auto. I ricercatori hanno riferito il 29 novembre in Materiali della natura la prima dimostrazione di stabilità alle alte temperature in nanoparticelle metalliche, i decantati materiali di nuova generazione ostacolati da una vulnerabilità al calore estremo.
Götz Veser, un professore associato e Fellow di facoltà CNG di ingegneria chimica e petrolifera presso la Swanson School of Engineering di Pitt, e Anmin Cao, l'autore principale del documento e un ricercatore post-dottorato nel laboratorio di Veser, ha creato particelle di lega metallica nell'intervallo di 4 nanometri in grado di resistere a temperature superiori a 850 gradi Celsius, almeno 250 gradi in più rispetto alle tipiche nanoparticelle metalliche. Forgiato dai metalli catalitici platino e rodio, le particelle altamente reattive funzionano scaricando i loro componenti sensibili al calore quando le temperature aumentano, una qualità che Cao ha paragonato a un geco che perde la coda per legittima difesa.
"L'instabilità naturale delle particelle a questa scala è un ostacolo per molte applicazioni, dai sensori alla produzione di carburante, " Veser ha detto. "L'incredibile potenziale delle nanoparticelle di aprire campi completamente nuovi e consentire processi notevolmente più efficienti è stato dimostrato nelle applicazioni di laboratorio, ma molto poco si è tradotto nella vita reale a causa di problemi come la sensibilità al calore. Per sfruttare i vantaggi delle nanoparticelle, devono resistere alle dure condizioni di utilizzo effettivo."
Veser e Cao presentano un approccio originale alla stabilizzazione di catalizzatori metallici inferiori a 5 nanometri. I materiali all'interno di questa gamma di dimensioni vantano un'area superficiale più elevata e consentono un utilizzo quasi totale delle particelle, consentendo reazioni più efficienti. Ma si fondono anche insieme a circa 600 gradi Celsius, temperature di reazione inferiori al normale per molti processi catalitici, e diventano troppo grandi. I tentativi di stabilizzare i metalli hanno comportato il loro rivestimento in nanostrutture resistenti al calore, ma i metodi più promettenti sono stati dimostrati solo nell'intervallo da 10 a 15 nanometri, Ha scritto Cao. Lo stesso Veser ha progettato nanostrutture a base di ossido che hanno stabilizzato particelle fino a 10 nanometri.
Per la ricerca in Materiali della natura , lui e Cao mescolarono platino e rodio, che ha un alto punto di fusione. Hanno testato la lega tramite una reazione di combustione del metano e hanno scoperto che il composito non era solo un catalizzatore altamente reattivo, ma che le particelle mantenessero una dimensione media di 4,3 nanometri, anche durante l'esposizione prolungata al calore di 850 gradi. Infatti, piccole quantità di particelle di 4 nanometri sono rimaste dopo che la temperatura ha superato i 950 gradi Celsius, anche se la maggior parte si era gonfiata fino a otto volte quella dimensione.
Veser e Cao furono sorpresi nello scoprire che la lega non sopportava semplicemente il calore. Ha invece sacrificato il platino a bassa tolleranza, quindi si è ricostituito come catalizzatore ricco di rodio per terminare la reazione. A circa 700 gradi Celsius, la lega platino-rodio iniziò a fondere. Il platino "sanguinava" dalla particella e formava particelle più grandi con altro platino errante, lasciando le particelle di lega più resistenti agli agenti atmosferici. Veser e Cao hanno predetto che questa autostabilizzazione si sarebbe verificata per tutti i catalizzatori metallici legati con un secondo, metallo più resistente.
Fonte:Università di Pittsburgh
