SMT-Immagine della superficie di ossido di ferro - con atomi d'oro sulla parte superiore
(Phys.org) -- Gli scienziati della Vienna University of Technology hanno trovato un metodo per localizzare singoli atomi d'oro su una superficie. Questo dovrebbe aprire la strada a catalizzatori migliori e più economici.
La maggior parte delle persone apprezza grandi pezzi d'oro, ma gli scienziati dell'Università di Tecnologia di Vienna sono interessati all'oro nella scala più piccola possibile, perché i singoli atomi d'oro sono potenzialmente i catalizzatori più reattivi per le reazioni chimiche. Però, quando gli atomi d'oro sono posti su una superficie, tendono ad appallottolarsi in minuscole pepite composte da diversi atomi. Un team di scienziati della superficie è ora riuscito a fissare singoli atomi d'oro su siti speciali di una superficie di ossido di ferro. Questo potrebbe aprire la porta a catalizzatori più efficienti, richiedendo meno del prezioso materiale.
L'oro è un metallo nobile e di solito non si lega ad altri elementi, ma come catalizzatore facilita le reazioni chimiche. Può, Per esempio, facilitare la conversione del monossido di carbonio velenoso in anidride carbonica. L'efficacia dell'oro come catalizzatore dipende dalla dimensione delle particelle d'oro. Alcune prove suggeriscono che funziona meglio se l'oro è presente sotto forma di singoli atomi. Finora, però, questo non può essere studiato in dettaglio. “Se singoli atomi d'oro vengono posti su una superficie, di solito si raggruppano, formando nanoparticelle”, dice Gareth Parkinson, che ha supervisionato gli esperimenti nel gruppo di ricerca della professoressa Ulrike Diebold presso l'Istituto di fisica applicata della TU Vienna.
Il sistema di ultra alto vuoto in cui vengono fatti gli esperimenti.
Temperature più elevate portano ad una maggiore mobilità degli atomi d'oro, quindi per impedire agli atomi di raggrupparsi, la maggior parte delle superfici deve essere raffreddata a una temperatura così bassa che le reazioni chimiche desiderate si interrompano completamente. I ricercatori della TU Vienna hanno scoperto un tipo speciale di superficie di ossido di ferro, che blocca i singoli atomi d'oro in posizione.
La chiave del successo è una leggera deformazione della struttura cristallina dell'ossido di ferro. Gli atomi di ossigeno dello strato più in alto non sono allineati in linee perfettamente rette, sono piegati in oscillazioni dagli atomi sottostanti. Nei punti in cui le linee degli atomi di ossigeno sono vicine tra loro, gli atomi d'oro si attaccano permanentemente senza perdere aderenza. Anche se la superficie è riscaldata, gli atomi d'oro rimangono fermi – solo a 500 gradi Celsius iniziano a formare ammassi.
Gli atomi di ossigeno formano linee sinuose sulla superficie, a causa degli atomi sottostanti (indicati a colori)
“Quando un atomo d'oro colpisce la superficie dell'ossido di ferro, si diffonde in uno dei siti dove può essere attaccato alla superficie”, dice Gareth Parkinson. Quel modo, molti singoli atomi d'oro possono essere posizionati uno vicino all'altro. Quando un atomo d'oro colpisce una posizione già occupata da un altro atomo d'oro, però, i due si legano e iniziano a muoversi sulla superficie, raccogliendo ulteriori atomi d'oro lungo la strada. Quando hanno raggiunto una dimensione critica di almeno cinque atomi, diventano di nuovo immobili e la pepita d'oro in miniatura si ferma.
Ulrike Diebold prevede che il nuovo metodo risponderà a importanti domande aperte sulla catalisi. “Abbiamo creato un sistema modello ideale per sondare la reattività chimica di singole specie atomiche”, dice Diebold. I recenti esperimenti aiuteranno anche a far avanzare la ricerca teorica:il legame quantomeccanico complesso tra i singoli atomi e queste particolari superfici fornisce un eccellente banco di prova per calcoli teorici di sistemi di elettroni altamente correlati.
