Un team di ricerca della Northwestern University ha sviluppato un nuovo metodo per realizzare catalizzatori altamente desiderabili da nanoparticelle metalliche che potrebbero portare a celle a combustibile migliori, tra le altre applicazioni. I ricercatori hanno anche scoperto che il metodo può prendere catalizzatori esauriti e riciclarli in catalizzatori attivi.

Realizzato principalmente in metalli preziosi, questi ambiti catalizzatori hanno la forma di gemme. Ogni particella ha 24 facce diverse che presentano gli atomi sulla superficie in modi che li rendono più cataliticamente attivi rispetto a quelli disponibili in commercio.

La metodologia prende precursori di metalli di base, e, utilizzando il calore e gli oligoelementi stabilizzanti, trasforma rapidamente la loro forma in strutture altamente attive cataliticamente. I prodotti commerciali come le celle a combustibile, importanti fonti di energia pulita, si basano su tali catalizzatori.

Il metodo è generale; lo studio mostra che funziona con cinque nanoparticelle monometalliche e una libreria di nanoparticelle bimetalliche, che copre sette metalli diversi, compreso il platino, cobalto e nichel.

"Molti di questi metalli preziosi sono responsabili della catalizzazione di alcune delle più importanti trasformazioni chimiche utilizzate nella chimica, industrie del petrolio e delle celle a combustibile, " ha detto Chad A. Mirkin, il professore di chimica George B. Rathmann al Weinberg College of Arts and Sciences, che ha condotto la ricerca.

"Non solo possiamo preparare catalizzatori commercialmente desiderabili, ma possiamo riciclare i catalizzatori delle celle a combustibile usati nelle forme più attive. I catalizzatori si degradano lentamente nel tempo e cambiano, quindi il fatto che possiamo recuperare e riattivare questi catalizzatori realizzati con materiali costosi è estremamente prezioso, " disse Mirkin.

Lo studio, che include sia simulazioni che esperimenti, sarà pubblicato il 13 settembre sulla rivista Scienza .

I nuovi catalizzatori sono chiamati catalizzatori di nanoparticelle sfaccettate ad alto indice, una forma ottimale per accelerare le reazioni chimiche. Il team di Mirkin ha scoperto che i loro catalizzatori al platino erano 20 volte più veloci della forma commerciale a basso indice per la reazione di elettroossidazione dell'acido formico (basata sul contenuto di platino).

"Il platino nella forma sfaccettata ad alto indice è diverso e migliore rispetto ad altre forme di nanoparticelle, " ha detto Chris Wolverton, un coautore dello studio e il professore Jerome B. Cohen di scienza e ingegneria dei materiali presso la McCormick School of Engineering della Northwestern.

"Si tratta di chimica, "aggiunse Mirkin, che è anche direttore dell'International Institute for Nanotechnology della Northwestern.

Il team multidisciplinare di Mirkin comprende anche Vinayak Dravid, l'Abraham Harris Professore di Scienza e Ingegneria dei Materiali, a McCormick.

La catalisi contribuisce a oltre il 35% del prodotto interno lordo mondiale, secondo l'American Chemistry Council. I nuovi catalizzatori possono essere realizzati in massa e senza l'utilizzo di leganti, che possono compromettere l'attività catalitica. Il processo che può sia creare nuovi catalizzatori che riciclare catalizzatori esauriti è veloce e scalabile.

Mirkin ha affermato che la tecnologia potrebbe non essere lontana dall'essere utilizzata commercialmente. "Questo tipo di tecnologia è pronta per essere ampliata e utilizzata ampiamente nella comunità della catalisi, " Egli ha detto.

Il Scienza il documento è intitolato "Regolazione della forma delle nanoparticelle con sfaccettatura ad alto indice mediante dealloying". Il primo autore è Liliang Huang, uno studente laureato nel laboratorio di Mirkin.