Sei influenzato dai tuoi vicini? Così sono le nanoparticelle nei catalizzatori. Nuova ricerca della Chalmers University of Technology, Svezia, pubblicato sulle riviste Progressi scientifici e Comunicazioni sulla natura , rivela come i vicini più prossimi determinano il funzionamento delle nanoparticelle in un catalizzatore.

"L'obiettivo a lungo termine della ricerca è essere in grado di identificare superparticelle, contribuire a catalizzatori più efficienti in futuro. Per utilizzare le risorse meglio di oggi, vogliamo anche che quante più particelle possibili partecipino attivamente alla reazione catalitica allo stesso tempo, ", afferma il leader della ricerca Christoph Langhammer presso il Dipartimento di Fisica della Chalmers University of Technology.

Immagina un grande gruppo di vicini riuniti per pulire un cortile comune. Si misero al lavoro, ciascuno contribuendo allo sforzo del gruppo. L'unico problema è che non tutti sono ugualmente attivi. Mentre alcuni lavorano sodo ed efficientemente, altri passeggiano, chiacchierando e bevendo caffè. Se guardassi solo il risultato finale, sarebbe difficile sapere chi ha lavorato di più, e chi si è semplicemente rilassato. Per determinarlo, avresti bisogno di monitorare ogni persona durante il giorno. Lo stesso vale per l'attività delle nanoparticelle metalliche in un catalizzatore.

La ricerca di catalizzatori più efficaci attraverso la cooperazione di vicinato

All'interno di un catalizzatore diverse particelle influiscono sull'efficacia delle reazioni. Alcune delle particelle nella folla sono efficaci, mentre altri sono inattivi. Ma le particelle sono spesso nascoste all'interno di diversi "pori, "proprio come in una spugna, e sono quindi difficili da studiare.

Per essere in grado di vedere cosa sta realmente accadendo all'interno di un poro catalizzatore, i ricercatori della Chalmers University of Technology hanno isolato una manciata di particelle di rame in un nanotubo di vetro trasparente. Quando diversi sono raccolti insieme nel piccolo tubo pieno di gas, diventa possibile studiare quali particelle fanno cosa, e quando, in condizioni reali.

Nel tubo, le particelle entrano in contatto con una miscela di gas in ingresso di ossigeno e monossido di carbonio. Quando queste sostanze reagiscono tra loro sulla superficie delle particelle di rame, si forma anidride carbonica. È la stessa reazione che avviene quando i gas di scarico vengono purificati nel convertitore catalitico di un'auto, tranne lì, particelle di platino, palladio e rodio sono spesso usati per abbattere il monossido di carbonio tossico invece del rame. Ma questi metalli sono costosi e scarsi, quindi i ricercatori sono alla ricerca di alternative più efficienti sotto il profilo delle risorse.

"Il rame può essere un candidato interessante per ossidare il monossido di carbonio. La sfida è che il rame ha la tendenza a cambiare se stesso durante la reazione, e dobbiamo essere in grado di misurare quale stato di ossidazione ha una particella di rame quando è più attiva all'interno del catalizzatore. Con il nostro nanoreattore, che imita un poro all'interno di un vero catalizzatore, questo sarà ora possibile, "dice David Albinsson, Ricercatore post-dottorato presso il Dipartimento di Fisica di Chalmers e primo autore di due articoli scientifici recentemente pubblicati su Progressi scientifici e Comunicazioni sulla natura .

Chiunque abbia visto un vecchio tetto o una statua di rame riconoscerà come il metallo bruno-rossastro diventa presto verde dopo il contatto con l'aria e gli agenti inquinanti. Una cosa simile accade con le particelle di rame nei catalizzatori. È quindi importante farli lavorare insieme in modo efficace.

"Ciò che abbiamo mostrato ora è che lo stato di ossidazione di una particella può essere influenzato dinamicamente dai suoi vicini più prossimi durante la reazione. La speranza quindi è che alla fine possiamo risparmiare risorse con l'aiuto di una cooperazione ottimizzata di vicinato in un catalizzatore, "dice Christoph Langhammer, professore al Dipartimento di Fisica di Chalmers.