Studiare i processi catalitici su una singola nanoparticella alla volta, invece che su diversi miliardi contemporaneamente come avveniva in precedenza, creerà una comprensione unica e più approfondita delle reazioni catalitiche sulle nanoparticelle rispetto a quanto fosse possibile in precedenza - e allo stesso tempo getterà le basi per una nuova tecnologia energetica sostenibile e sintesi chimica. Questo è il punto di partenza per un progetto di ricerca quinquennale presso la Chalmers University of Technology che ha ricevuto quasi 36 milioni di corone svedesi dalla Fondazione Knut e Alice Wallenberg.
"Vogliamo produrre un tipo completamente nuovo di nanoreattore in cui sia possibile controllare il trasporto di liquidi o gas da e verso una singola nanoparticella, "dice Christoph Langhammer, professore associato di fisica chimica a Chalmers e uno dei sette ricercatori che condurranno il progetto.
Il nanoreattore è costituito da un canale sigillabile di diametro inferiore a cento nanometri in cui una singola nanoparticella, la cui dimensione, la forma e la composizione chimica sono state adattate e analizzate, sarà racchiuso. Quando un fluido contenente molecole di reagenti viene iniettato su un'estremità del canale, interagirà con la nanoparticella del catalizzatore, e le molecole che vengono create in quell'incontro alla fine emergeranno dall'altra estremità dove possono essere analizzate.
"L'unicità di un nanocanale di questo tipo è che raccoglie e contiene il prodotto di un processo catalitico che ha avuto luogo su una nanoparticella. Nello specifico, concentra le molecole che si formano in un volume sufficientemente piccolo da non essere diluito al punto da non essere più rilevabile. Quindi assicura anche che sappiamo davvero che ciò che esce dal canale deve essere integrato con quella specifica nanoparticella e che possiamo analizzarla. Questo crea anche un collegamento diretto con i calcoli della meccanica quantistica, che sono parte integrante del progetto, poiché oggi possono anche essere fatti sulla base di una nanoparticella. Questo ci consentirà quindi di confrontare i calcoli dei primi principi in modo unicamente diretto con i nostri esperimenti".
Langhammer spera che entro cinque anni il team avrà stabilito con successo il nanoreattore come un modo completamente nuovo per studiare i processi catalitici. La comprensione fondamentale che si otterrà in questo modo può essere successivamente significativa quando si producono nuovi materiali per creare una catalisi più rispettosa dell'ambiente di prodotti chimici e combustibili industriali, che ad esempio possono ridurre le emissioni di anidride carbonica o altri inquinamenti ambientali. Per raggiungere questo obiettivo a lungo termine, però, bisogna fare tanti piccoli passi.
Costellazione strana
"Prima dobbiamo costruire nuovi strumenti e, Per esempio, imparare a catturare singole nanoparticelle sintetizzate chimicamente in umido all'interno di un nanocanale. Questa è una grande sfida, e avremo bisogno di imparare dai nostri errori lungo la strada. Il fatto che abbiamo ottenuto finanziamenti per cinque anni è fondamentale, così come la possibilità di avere un gruppo abbastanza ampio di ricercatori con esperienza in diversi campi per lavorare insieme verso gli stessi obiettivi, "dice Langhammer.
Gli altri membri della squadra sono Kasper Moth-Poulsen, Hanna Harelind, Anders Hellman, Fredrik Westerlund, Paul Erhart e Henrik Sundén, tutto dalla fisica, dipartimenti di chimica o biologia presso la Chalmers University of Technology, e tutti hanno circa 35-40 anni.
"Formiamo una strana costellazione in questo contesto in cui i progetti KAW sono generalmente gestiti da ricercatori senior affermati, "dice Christoph Langhammer. "Noi siamo, però, un gruppo di persone fortemente motivate, ricercatori abbastanza giovani che lavoreranno come una squadra per condurre ricerche all'avanguardia e per creare un nuovo paradigma sperimentale nella scienza della catalisi."
