I fisici hanno scoperto che le nanoparticelle di platino limitano le loro dimensioni e si organizzano in modelli specifici quando legate al grafene indipendente.

Durante la visualizzazione di questo comportamento, le nanoparticelle di platino legate mantengono un'area superficiale efficace che funge da catalizzatore per le reazioni chimiche, una scoperta che potrebbe abbassare i costi di produzione delle celle a combustibile catalizzate da platino.

Un team internazionale di scienziati, guidato da un gruppo di ricerca dell'Università dell'Arkansas, ha pubblicato i suoi risultati il ​​5 febbraio sulla rivista ACS Nano , in un documento intitolato, "Nanoparticelle di platino auto-organizzate su grafene indipendente".

Lo studio è stato condotto da Peng Xu, ricercatore associato nel dipartimento di fisica del J. William Fulbright College of Arts and Sciences dell'Università dell'Arkansas.

Le celle a combustibile catalizzate al platino vengono utilizzate per alimentare gli edifici in sostituzione dei motori a combustione interna dei veicoli.

"Perché il platino è un metallo raro, gran parte della spesa per la produzione di veicoli ibridi proviene dal platino necessario per catalizzare le celle a combustibile, " ha detto Paul Thibado, professore di fisica all'Università dell'Arkansas.

"Platino, quando posizionato su superfici solide, si diffonde per formare particelle casuali che crescono incontrollabilmente, e che ne limita la reattività, " ha detto. "D'altra parte, il grafene autoportante ha una superficie molto flessibile, e abbiamo scoperto che, a causa degli effetti di deformazione locale, c'è una riduzione dell'80% della quantità di platino necessaria per mantenere una catalisi efficace".

La ricerca mostra anche, per la prima volta, che un funzionalmente superiore, nanoparticelle di platino a cristallo singolo emerge dalla sua applicazione al grafene.

"Quello che abbiamo scoperto è stato piuttosto eccitante, " ha detto Thibado. "E 'davvero molto speciale."

Grafene:uno dei più forti, materiali più leggeri e conduttivi conosciuti:è un foglio di atomi di carbonio dello spessore di un atomo. Gli elettroni che si muovono attraverso la grafite hanno massa e incontrano resistenza, ma gli elettroni che si muovono attraverso il grafene sono privi di massa e quindi incontrano molta meno resistenza. Questo rende il grafene un eccellente materiale candidato per le future esigenze energetiche, così come nell'informatica quantistica per calcoli enormi con poco consumo di energia.

Il grafene è stato scoperto nel 2004, e molto rimane sconosciuto sulle sue proprietà. Il gruppo di Thibado utilizza l'imaging e la manipolazione su scala atomica per far progredire le applicazioni del grafene sia incontaminato che chimicamente funzionalizzato, attraverso lo sviluppo di una comprensione dettagliata delle sue proprietà elettroniche e meccaniche fondamentali.

Il recente studio, che è stato prodotto principalmente attraverso un partenariato di ricerca tra l'Università dell'Arkansas, Missouri State University e l'Università di Anversa in Belgio, consisteva in microscopia elettronica a trasmissione ad alta risoluzione combinata con microscopia a effetto tunnel e dinamiche molecolari computazionali all'avanguardia. Questa è una combinazione raramente vista in fisica, disse Thibado, un esperto di fisica della materia condensata sperimentale.

Microscopia a scansione a effetto tunnel, che produce immagini di singoli atomi su una superficie, è stato utilizzato per visualizzare il comportamento delle nanoparticelle di platino sul grafene. I ricercatori del Missouri hanno utilizzato la microscopia elettronica a trasmissione, una tecnica in cui un fascio di elettroni viene trasmesso attraverso un materiale ultrasottile, per confermare le proprietà cristalline.

La fusione di entrambe le tecniche sperimentali con la modellazione teorica ha prodotto un risultato inaspettato per i ricercatori:il legame del grafene alle nanoparticelle di platino era insolito, secondo Thibado.

"Perché è così forte e flessibile, il grafene in genere si avvolge attorno al materiale con cui si lega, " disse Thibado. "In questo caso, il legame con il platino era completamente diverso, più simile a una piramide."