I chimici hanno misurato gli effetti del nanoconfinamento nella catalisi tracciando singole molecole mentre si tuffano nei "nanopozzetti" e reagiscono con i catalizzatori sul fondo.

I pozzi in questi esperimenti sono larghi in media solo 2,3 miliardesimi di metro e profondi da circa 80 a 120 miliardesimi di metro. Questi minuscoli canali forniscono l'accesso a un catalizzatore al platino inserito tra i nuclei solidi e i gusci porosi delle sfere di silice. E stanno aiutando un team di chimici a capire come tale nanoconfinamento di catalizzatori influenzi le reazioni.

Gli studi precedenti sulle reazioni sono stati limitati al lavoro teorico con modelli ed esperimenti semplificati a seguito di una raccolta di molecole. Questo studio è stato in grado di raccogliere dati su singole molecole perché l'esperimento ha creato una molecola fluorescente che poteva essere accesa, ripreso e tracciato, anche in nanoconfinamento.

"Questo effetto di nanoconfinamento non è ben compreso, soprattutto a livello quantitativo, " disse Wenyu Huang, un professore associato di chimica della Iowa State University e un associato dell'Ames Laboratory del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti.

Un nuovo articolo recentemente pubblicato online dalla rivista Catalisi della natura riferisce che, in questo caso, "la velocità di reazione è significativamente aumentata in presenza di nanoconfinamento, " hanno scritto Huang e un team di coautori.

Huang e Ning Fang, professore associato di chimica alla Georgia State University di Atlanta, sono i principali autori del documento. Un triennio, $550, 000 sovvenzioni della National Science Foundation hanno sostenuto il progetto.

Il laboratorio dello stato dell'Iowa di Huang ha creato, studiato e descritto le sfere multistrato e i loro nanopozzetti di lunghezza prescritta. Il laboratorio di Fang presso lo Stato della Georgia ha utilizzato la tecnologia laser e di imaging microscopico per tracciare le molecole e misurare le reazioni.

Questa è stata una grande sfida per i ricercatori. Tali misurazioni non erano mai state prese sperimentalmente "a causa delle sfide tecniche apparentemente insormontabili di tracciare dinamicamente singole molecole in complesse strutture nanoporose in condizioni di reazione, " scrivono i chimici nel loro giornale.

Essi, però, ideato una tecnica sperimentale che ha seguito con successo più di 10, 000 traiettorie molecolari di una reazione catalitica modello. (La reazione ha coinvolto una molecola chiamata amplex red che reagiva con il perossido di idrogeno sulla superficie delle nanoparticelle di platino per generare una molecola di prodotto chiamata resorufina, che è una molecola altamente fluorescente.)

Oltre a scoprire che il nanoconfinamento ha aumentato la velocità di reazione, gli esperimenti hanno mostrato che c'era una minore adesione delle molecole alla superficie delle nanoparticelle di platino.

Ora che hanno dimostrato le loro tecniche sperimentali e tratto le prime conclusioni, i chimici intendono ampliare il loro progetto.

"Una volta compreso questo modello, possiamo guardare reazioni più complicate, "Ha detto Huang.

E questo potrebbe portare a catalizzatori migliori.

Come hanno scritto i chimici nel loro articolo, "Questo lavoro apre la strada alla ricerca per differenziare quantitativamente, valutare e comprendere i complessi effetti del nanoconfinamento sui processi catalitici dinamici, guidando così la progettazione razionale di catalizzatori ad alte prestazioni."