Le nanoparticelle hanno dimensioni comprese tra 1 e 100 nanometri e, rispetto alle particelle normali, sono note per avere caratteristiche uniche che vengono sempre più utilizzate per diagnosticare il cancro, sviluppare piccoli dispositivi elettronici e batterie solari, nonché in molti altri ambiti.
Nel loro nuovo articolo pubblicato su Physical Review B , i ricercatori di Skoltech hanno rivelato che le proprietà catalitiche delle nanoparticelle bimetalliche, quando un materiale accelera o ritarda una reazione chimica senza essere consumato dalla reazione, possono essere regolate con precisione modificando la struttura della nanoparticella.
Al momento, di grande interesse sono le particelle bimetalliche nucleo-guscio, in cui il nucleo e il guscio sono costituiti da metalli diversi. I ricercatori hanno studiato tre tipi di nanoparticelle:nucleo di Cu/guscio di Au, nucleo di Au/guscio di Cu e particelle di lega bimetallica omogenea AuCu. A differenza delle particelle nucleo-guscio, la struttura delle normali particelle bimetalliche non è ordinata.
"Abbiamo osservato come diversi rapporti nucleo-guscio possano modificare gli stati elettronici sulla superficie. Questi cambiamenti hanno un impatto sulla capacità di legame tra una nanoparticella e una molecola di CO. Abbiamo concluso che è possibile raddoppiare l'energia di adsorbimento, più precisamente, il chemisorbimento, che è un legame chimico tra atomi, molecole di gas e la superficie del cristallo o della nanoparticella, in relazione a un metallo puro attraverso la regolazione fine del rapporto nucleo-guscio nella nanoparticella," ha affermato il ricercatore Ilya Chepkasov del Material Discovery Laboratory, l'autore principale dello studio.
Lo studio ha coinvolto diverse fasi e ha utilizzato la teoria del funzionale della densità. Nella prima fase, il team ha utilizzato nanoparticelle di 2 nanometri per costruire particelle nucleo-guscio con diversi rapporti nucleo-guscio e ha analizzato come la carica superficiale cambiava a seconda del rapporto. Successivamente, i ricercatori hanno calcolato l'adsorbimento delle molecole di CO e O sulla superficie delle nanoparticelle e hanno dimostrato come le proprietà di adsorbimento delle nanoparticelle possano essere modificate variando la carica superficiale associata alla messa a punto della sua struttura.
"Abbiamo rivelato modelli fondamentali che verranno successivamente utilizzati per sviluppare modelli basati sull'intelligenza artificiale per una previsione efficace dell'adsorbimento e delle proprietà catalitiche delle nanoparticelle bimetalliche eseguendo allo stesso tempo uno screening ad alto rendimento per nuovi materiali con proprietà specifiche", ha aggiunto il professor Alexander Kvashnin dell'Energy Transition Center, il capo della ricerca.
I risultati dimostrano che la messa a punto della struttura delle nanoparticelle aiuta a trovare le proprietà catalitiche necessarie delle nanoparticelle, che aiuteranno a controllare il catalizzatore. L'importanza pratica sta nel migliorare la purificazione del gas, ad esempio per pulire i gas tecnici dalla CO altamente tossica e renderli più sicuri.
Ulteriori informazioni: Ilya V. Chepkasov et al, Regolazione guidata dalla struttura dell'adsorbimento di O e CO su nanoparticelle AuCu:uno studio sulla teoria del funzionale della densità, Revisione fisica B (2023). DOI:10.1103/PhysRevB.108.205414
Informazioni sul giornale: Revisione fisica B
Fornito dall'Istituto di scienza e tecnologia Skolkovo
