Per la prima volta, alcuni ricercatori, compresi quelli dell'Università di Tokyo, hanno scoperto un modo per migliorare la durata dei catalizzatori d'oro creando uno strato protettivo di cluster di ossidi metallici. I catalizzatori in oro potenziati possono resistere a una gamma più ampia di ambienti fisici rispetto a materiali equivalenti non protetti.
Questo progresso potrebbe ampliare la gamma di possibili applicazioni dei catalizzatori, oltre a ridurre il consumo di energia e i costi in alcune situazioni. Questi catalizzatori sono ampiamente utilizzati in tutti gli ambienti industriali, compresa la sintesi chimica e la produzione di medicinali. Queste industrie potrebbero trarre vantaggio da catalizzatori d'oro migliorati.
La ricerca appare in Nature Communications .
Tutti amano l'oro:atleti, pirati, banchieri, tutti. Storicamente è stato un metallo attraente con cui realizzare oggetti come medaglie, gioielli, monete e così via. Il motivo per cui l'oro ci appare così brillante e allettante è che è chimicamente resistente alle condizioni fisiche che potrebbero altrimenti ossidare altri materiali:ad esempio calore, pressione, ossidazione e altri danni.
Paradossalmente, però, su scala nanoscopica, minuscole particelle d’oro invertono questa tendenza e diventano molto reattive, tanto che da tempo sono indispensabili per realizzare diversi tipi di catalizzatori, sostanze intermedie che accelerano o in qualche modo permettono un reazione chimica che avvenga. In altre parole, sono utili o necessari per trasformare una sostanza in un'altra, da qui il loro uso diffuso nella sintesi e nella produzione.
"L'oro è un metallo meraviglioso ed è giustamente elogiato nella società, e soprattutto nella scienza", ha affermato il professore associato Kosuke Suzuki del Dipartimento di Chimica Applicata dell'Università di Tokyo. "È ottimo per i catalizzatori e può aiutarci a sintetizzare una serie di cose, compresi i medicinali.
"La ragione di ciò è che l'oro ha una bassa affinità per assorbire le molecole ed è anche altamente selettivo riguardo a ciò con cui si lega, quindi consente un controllo molto preciso dei processi di sintesi chimica. I catalizzatori d'oro spesso operano a temperature e pressioni inferiori rispetto ai catalizzatori tradizionali catalizzatori, richiedendo meno energia e riducendo l'impatto ambientale."
Anche se l’oro è valido, presenta alcuni inconvenienti. Diventa più reattivo man mano che ne vengono prodotte particelle più piccole e c'è un punto in cui un catalizzatore realizzato con oro può iniziare a soffrire negativamente a causa del calore, della pressione, della corrosione, dell'ossidazione e di altre condizioni. Suzuki e il suo team credevano di poter migliorare questa situazione e hanno ideato un nuovo agente protettivo che potrebbe consentire a un catalizzatore d'oro di mantenere le sue funzioni utili, ma in una gamma più ampia di condizioni fisiche che solitamente ostacolano o distruggono un tipico catalizzatore d'oro.
"Le attuali nanoparticelle d'oro utilizzate nei catalizzatori hanno un certo livello di protezione, grazie ad agenti come dodecantioli e polimeri organici. Ma il nostro nuovo si basa su un gruppo di ossidi metallici chiamati poliossometallati e offre risultati di gran lunga superiori, soprattutto per quanto riguarda lo stress ossidativo ," ha detto Suzuki.
"Stiamo attualmente studiando le nuove strutture e applicazioni dei poliossometallati. Questa volta abbiamo applicato i poliossometallati alle nanoparticelle d'oro e abbiamo accertato che i poliossometallati migliorano la durabilità delle nanoparticelle. La vera sfida è stata l'applicazione di un'ampia gamma di tecniche analitiche per testare e verificare tutto questo. "
Il team ha utilizzato una varietà di tecniche note collettivamente come spettroscopia. Ha utilizzato non meno di sei metodi spettroscopici che variavano nel tipo di informazioni rivelate su un materiale e sul suo comportamento. Ma in generale, funzionano proiettando una sorta di luce su una sostanza e misurando con sensori specializzati come quella luce cambia in qualche modo. Suzuki e il suo team hanno trascorso mesi eseguendo vari test e diverse configurazioni del loro materiale sperimentale finché non hanno trovato ciò che stavano cercando.
"Non siamo spinti solo dal tentativo di migliorare alcuni metodi di sintesi chimica. Ci sono molte applicazioni delle nostre nanoparticelle d'oro potenziate che potrebbero essere utilizzate a beneficio della società", ha affermato Suzuki. "Catalizzatori per abbattere l'inquinamento (molte auto a benzina sono già dotate di un noto convertitore catalitico), pesticidi meno impattanti, chimica verde per le energie rinnovabili, interventi medici, sensori per agenti patogeni di origine alimentare, l'elenco potrebbe continuare.
"Ma vogliamo anche andare oltre. I nostri prossimi passi saranno quelli di migliorare la gamma di condizioni fisiche alle quali possiamo rendere le nanoparticelle d'oro più resistenti, e anche vedere come possiamo aggiungere una certa durabilità ad altri utili metalli catalitici come rutenio, rodio, renio. e, naturalmente, qualcosa che le persone apprezzano ancora più dell'oro:il platino."
Ulteriori informazioni: Catalizzatori di nanoparticelle di oro colloidale ultra stabili e altamente reattivi protetti utilizzando nanocluster di ossidi metallici multi-dentati, Nature Communications (2024). DOI:10.1038/s41467-024-45066-9
Informazioni sul giornale: Comunicazioni sulla natura
Fornito dall'Università di Tokyo
