(Phys.org)—Modificando la velocità con cui avvengono le reazioni chimiche, i catalizzatori di nanoparticelle svolgono una miriade di ruoli nell'industria, l'arena biomedica e la vita quotidiana. Possono essere utilizzati per la produzione di polimeri e biocarburanti, per il miglioramento dei dispositivi di controllo dell'inquinamento e delle emissioni, potenziare le reazioni essenziali per la tecnologia delle celle a combustibile e per la sintesi di nuovi farmaci. Trovare catalizzatori di nanoparticelle nuovi e più efficaci per svolgere queste utili funzioni è quindi vitale.

Ora Nongjian (NJ) Tao, un ricercatore presso il Biodesign Institute dell'Arizona State University, ha trovato un modo intelligente per misurare le reazioni catalitiche di singole nanoparticelle e particelle multiple stampate in array, che aiuterà a caratterizzare e migliorare i catalizzatori di nanoparticelle esistenti, e avanzare nella ricerca di nuovi.

La maggior parte dei materiali catalitici sintetizzati in laboratorio contengono particelle di dimensioni e forme diverse, ciascuno con diverse attività elettrocatalitiche, ma i metodi convenzionali misurano le proprietà medie di molte nanoparticelle, che spalmano le proprietà delle singole nanoparticelle.

"La capacità di misurare le reazioni catalitiche di singole nanoparticelle consente di determinare la relazione tra l'efficienza di una reazione catalitica e la dimensione, forma, e la composizione della nanoparticella." Tao ha spiegato. "Una tale capacità di imaging rende anche possibile visualizzare matrici di reazioni catalitiche di nanoparticelle, che può essere utilizzato per lo screening rapido di diverse nanoparticelle, " Ha aggiunto.

Nello studio attuale, le nanoparticelle di platino che agiscono come catalizzatori elettrochimici sono studiate mediante la nuova tecnica, noto come imaging elettrochimico plasmonico. Il metodo combina la risoluzione spaziale del rilevamento ottico con l'elevata sensibilità e selettività del riconoscimento elettrochimico.

I risultati dello studio appaiono nell'edizione online avanzata della rivista di questa settimana Nanotecnologia della natura .

La microscopia elettrochimica a scansione (SECM) è stata utilizzata per visualizzare le reazioni elettrochimiche mediante la scansione meccanica di una superficie del campione utilizzando un microelettrodo. In questo processo però, la velocità di imaging è limitata e la presenza del microelettrodo stesso può interferire con il campione e alterare i risultati.

Il nuovo metodo si basa invece sull'imaging di reazioni elettrochimiche otticamente basate sul fenomeno della risonanza plasmonica superficiale. I plasmoni di superficie sono oscillazioni di elettroni liberi in un elettrodo metallico, e può essere creato e rilevato con la luce. Ogni reazione elettrochimica è accompagnata dallo scambio di elettroni tra reagenti ed elettrodi, e i metodi elettrochimici convenzionali, compreso SECM, rilevare gli elettroni.

"Il nostro approccio è misurare le reazioni elettrochimiche senza rilevare direttamente gli elettroni". ha detto Tao. "Il trucco è rilevare la conversione del reagente in prodotti di reazione associati allo scambio di elettroni". Tale conversione in prossimità dell'elettrodo colpisce il plasmone, causando cambiamenti nella riflettività della luce, che la tecnica converte in un'immagine ottica.

Utilizzando l'imaging della corrente elettrochimica plasmonica, Il gruppo di Tao ha esaminato l'attività elettrocatalitica delle nanoparticelle di platino stampate in un microarray su un elettrodo a film sottile d'oro, dimostrando per la prima volta la fattibilità dello screening ad alto rendimento delle attività catalitiche delle nanoparticelle.

Inoltre, il nuovo studio mostra che lo stesso metodo può essere utilizzato per studiare le singole nanoparticelle. Quando un potenziale elettrico viene applicato all'elettrodo e fatto scorrere un intervallo di valori, le nanoparticelle appaiono chiaramente come macchie sulla matrice. L'effetto può essere visto nei video di accompagnamento, dove i punti di nanoparticelle si "sviluppano" nel tempo mentre i potenziali cambiamenti, proprio come appare gradualmente un'immagine polaroid.

Per lo studio sono stati prodotti anche microarray con diverse densità superficiali di nanoparticelle. I risultati hanno mostrato che la corrente elettrocatalitica a un dato potenziale aumenta proporzionalmente con la densità delle nanoparticelle. Ulteriore, quando le singole nanoparticelle sono state caratterizzate utilizzando la microscopia SPR, microscopia a forza atomica (AFM) e microscopia elettronica a trasmissione (TEM), è stato mostrato un buon accordo tra i risultati, convalidare ulteriormente la nuova tecnica.

Tao osserva che in linea di principio, l'imaging elettrochimico plasmonico, una tecnica rapida e non invasiva che offre i vantaggi combinati del rilevamento ottico ed elettrochimico, può essere applicato ad altri fenomeni per i quali vengono attualmente utilizzati metodi di rilevamento elettrochimico convenzionali.