(Phys.org) — I lingotti d'oro possono significare grande ricchezza, ma il metallo prezioso offre un pugno molto più pratico quando ridotto a soli miliardesimi di metro. Sfortunatamente, sbloccare il potenziale dell'oro richiede spesso complesse tecniche di sintesi che producono strutture delicate con un'estrema sensibilità al calore.

Ora, gli scienziati del Brookhaven National Laboratory del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti hanno scoperto un processo per creare nanoparticelle di oro-indio strutturate in modo univoco che combinano un'elevata stabilità, grande potenziale catalitico, e un semplice processo di sintesi. Le nuove nanostrutture, descritte in dettaglio online il 10 giugno negli Atti della National Academy of Sciences, potrebbero migliorare molti processi commerciali e industriali diversi, compreso agire come materiale efficiente per i convertitori catalitici nelle automobili.

"Abbiamo scoperto un processo a temperatura ambiente che trasforma una semplice lega in una nanostruttura con proprietà notevoli, " ha detto il fisico Eli Sutter, autore principale dello studio. "Esponendo le nanoparticelle di lega oro-indio all'aria, l'ossigeno ambientale è stato in grado di guidare una reazione di ossidazione che li ha convertiti in una struttura attiva nucleo-guscio".

I pezzi d'oro più grandi mostrano la più bassa reattività chimica di tutti i metalli, ma diviso in nanoparticelle discrete, l'oro può diventare un catalizzatore chimico altamente attivo. Ma mantenere l'oro in questo stato attivo è una sfida continua. In condizioni di calore anche moderato, le minuscole particelle d'oro tendono a sinterizzare, fondendosi insieme in pezzi molto più grandi, e perdere quella reattività cruciale. Collegamento dell'oro con altri elementi, però, possono aumentare la durata e conservare le qualità del catalizzatore, ma solo se la struttura è perfetta.

"Quando abbiamo visto queste nuove nanoparticelle con l'oro nei loro gusci amorfi, abbiamo subito riconosciuto l'eccezionale potenziale del materiale, " ha detto il fisico e coautore dello studio Peter Sutter. "La presenza di oro incorporato negli strati atomici più esterni del guscio di ossido non solo eccita noi come scienziati, ma è la chiave per l'attività catalitica e una maggiore stabilità del nuovo materiale".

I ricercatori del Brookhaven Lab stavano studiando i processi di ossidazione attraverso i quali metalli e leghe si combinano con l'ossigeno quando hanno fatto la scoperta. Per questo studio, hanno esaminato le leghe di un metallo nobile e di un metallo non nobile attraverso una tecnica di reazione straordinariamente semplice:dare alle nanoparticelle di oro-indio un po' di spazio per respirare. Una volta che le nanoparticelle della lega metallica sono state esposte all'ossigeno, gusci altamente reattivi di ossido di oro-indio formati attraverso le loro superfici.

"La saggezza convenzionale direbbe che l'ossidazione dovrebbe spingere gli atomi d'oro al centro mentre tira in superficie l'indio meno nobile, creando un nucleo di metallo nobile che è circondato da un guscio di ossido di indio non reattivo, " disse Peter Sutter. "Invece, l'ossigeno è effettivamente penetrato nella lega. Dopo l'ossidazione, il nucleo di lega delle nanoparticelle è stato incapsulato da un sottile guscio appena formato di ossido misto di oro e indio".

L'intrappolamento dell'oro nel guscio di ossido amorfo conserva le sue proprietà catalitiche e impedisce all'oro di sinterizzare e diventare inerte. Le nuove nanostrutture si sono dimostrate in grado di convertire ossigeno e monossido di carbonio in anidride carbonica, dimostrando la loro attività di catalizzatore.

"L'indio e l'oro nella conchiglia non sono mobili, ma sono congelati nell'amorfo, ossido, " Eli Sutter ha detto. "È importante che l'integrità strutturale mantiene senza sinterizzazione a temperature fino a 300 gradi Celsius, rendendo questi notevolmente resistenti rispetto ad altri nanocatalizzatori d'oro."

La ricerca è stata condotta presso il Center for Functional Nanomaterials (CFN) di Brookhaven Lab, le cui strutture uniche per la sintesi e la caratterizzazione su nanoscala si sono rivelate fondamentali per la scoperta di questo nuovo processo.

"Il CFN riunisce sotto lo stesso tetto un'ampia gamma di strumenti e competenze all'avanguardia, accelerare la ricerca e facilitare la collaborazione, " Eli Sutter ha detto. "Abbiamo usato la microscopia elettronica a trasmissione per caratterizzare le strutture e la loro composizione, spettroscopia fotoelettronica a raggi X per determinare il legame chimico alla superficie, e spettroscopia di dispersione ionica per identificare gli atomi più esterni del guscio delle nanoparticelle".

Ulteriori indagini aiuteranno a determinare le proprietà delle particelle di ossido di oro-indio in diverse reazioni catalitiche, e lo stesso processo di ossidazione verrà applicato ad altre leghe metalliche per creare un'intera famiglia di nuovi materiali funzionali.