(Phys.org) — Per centinaia di anni, gli alchimisti hanno cercato di trasformare i metalli vili in metalli preziosi. Anche se non possono mai trasformare il piombo in oro, gli scienziati hanno scoperto un modo per trasformare una nanoparticella ricca di nichel in un "nanoframe" ricco di platino che potrebbe modellare lo sviluppo di celle a combustibile e altre tecnologie elettrochimiche.

I ricercatori dell'Argonne National Laboratory del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti e del Lawrence Berkeley National Laboratory si sono uniti per convertire i poliedri platino-nichel in telai nudi con un contenuto di platino molto più ricco. Argonne chimico fisico Vojislav Stamenkovic, e il ricercatore di Lawrence Berkeley e professore all'Università di Berkeley, Peidong Yang, ha guidato il gruppo di ricerca che ha fornito agli scienziati un nuovo approccio alla catalisi.

"I poliedri sono le solite nanostrutture utilizzate da decenni per la ricerca sulla catalisi, " Ha detto Stamenkovic. "La nostra ricerca mostra che potrebbero esserci altre opzioni disponibili".

Il platino è un agente catalitico altamente attivo, rendendolo desiderabile per i ricercatori che sono alla ricerca di nuovi materiali per celle a combustibile e batterie metallo-aria, tra le altre tecnologie. Sfortunatamente, a causa della sua natura rara e costosa, i ricercatori hanno dovuto trovare modi per utilizzarlo nel modo più efficiente possibile. Nella configurazione poliedrica, molti dei preziosi atomi di platino erano sepolti e irraggiungibili nella massa della nanoparticella.

Erodendo l'interno della nanoparticella mediante un processo chimico, i ricercatori sono stati in grado di creare un nanoframe, uno scheletro del poliedro originale che conservava i bordi relativamente ricchi di platino. Mentre il poliedro originale consisteva di tre atomi di nichel per ciascuno di platino, i nanoframe avevano, in media, le proporzioni inverse.

La scelta di utilizzare i nanoframe invece dei poliedri ha conferito ai ricercatori un ulteriore importante vantaggio. Invece di dover entrare in contatto con la superficie della nanoparticella, le molecole catalizzate potrebbero contattarlo da qualsiasi direzione, compreso quello che era l'interno della struttura. Ciò ha aumentato la superficie disponibile per le reazioni.

"Con cornici, abbiamo completamente aperto la struttura e ci siamo sbarazzati degli atomi di massa non funzionali sepolti. Ci sono ancora un numero consistente di siti attivi sui nanoframe che possono essere avvicinati da qualsiasi direzione, ", ha detto Stamenkovic.

Dopo aver eroso il materiale, gli scienziati di Argonne e Berkeley volevano assicurarne la stabilità nelle dure, ambiente elettrochimico molto esigente. Fare così, hanno creato una "seconda pelle" di platino sopra il nanoframe, aumentandone la durata.

Secondo Yang, i telai nanocatalizzatori offrono una serie di vantaggi. "In contrasto con altre procedure di sintesi per nanostrutture cave che comportano corrosione indotta da agenti ossidanti aggressivi o potenziale applicato, il nostro metodo procede spontaneamente nell'aria, " ha detto. "La struttura aperta dei nostri nanoframe di platino / nichel affronta alcuni dei principali criteri di progettazione per elettrocatalizzatori avanzati su nanoscala, compreso l'elevato rapporto superficie-volume, Accessibilità molecolare della superficie 3D e utilizzo di metalli preziosi significativamente ridotto."

"I nostri risultati descrivono una nuova classe di materiali basata sull'architettura aperta del nanoframe cavo e sul suo profilo compositivo superficiale ben definito, " Ha aggiunto Stamenkovic. "La tecnica per realizzare questi nanoframe cavi può essere facilmente applicata ad altri elettrocatalizzatori multimetallici o catalizzatori in fase gassosa. Siamo piuttosto ottimisti sulla sua fattibilità commerciale".

Un articolo basato sulla ricerca intitolata "Highly Crystalline Multimetallic Nanoframes with Three-Dimensional Electrocatalytic Surfaces" appare nell'edizione del 27 febbraio di Science Express e sarà presto pubblicato su Scienza .