Los científicos del Instituto de Tecnología de Nagoya NITech en Japón han desarrollado un método sostenible para neutralizar el monóxido de carbono, el veneno inodoro producido por automóviles y calderas domésticas. Sus resultados aparecieron en la portada de la edición de septiembre de la revista, nanomateriales .
Tradicionalmente, el monóxido de carbono necesita un metal noble, un ingrediente raro y costoso, para convertirse en dióxido de carbono y disiparse fácilmente en la atmósfera. Aunque el metal noble asegura la estabilidad estructural a una variedad de temperaturas, es un costo prohibitivo ylos recursos finitos y los investigadores han estado ansiosos por encontrar una alternativa.
Ahora, un equipo dirigido por el Dr. Teruaki Fuchigami en el NITech ha desarrollado una nanopartícula en forma de frambuesa capaz del mismo proceso de oxidación que hace que el monóxido de carbono gane un átomo de oxígeno adicional y pierda su toxicidad más potente.
"Descubrimos que las partículas en forma de frambuesa logran una alta estabilidad estructural y una alta reactividad incluso en una sola estructura de superficie a nanoescala", dijo el Dr. Fuchigami, profesor asistente en el Departamento de Ciencias de la Vida y Química Aplicada en el NITech y primeroautor del artículo
La clave, según el Dr. Fuchigami, es asegurar que las partículas sean altamente complejas pero organizadas. Una sola partícula simple puede oxidar el monóxido de carbono, pero naturalmente se unirá con otras partículas simples. Estas partículas simples se compactan y pierden su oxidaciónhabilidades, especialmente a medida que aumentan las temperaturas en un motor o caldera.
Las nanopartículas catalíticas con nanoescala simple y estructuras tridimensionales complejas 3D pueden lograr una alta estabilidad estructural y una alta actividad catalítica, sin embargo, tales nanopartículas son difíciles de producir utilizando métodos convencionales. El Dr. Fuchigami y su equipo trabajaron para controlarno solo el tamaño de las partículas, sino también la forma en que se ensamblaron juntas. Usaron nanopartículas de óxido de cobalto, una alternativa de metal noble que puede oxidarse bien, pero finalmente se junta y queda inactiva.
Los investigadores aplicaron iones de sulfato al proceso de formación de la partícula de óxido de cobalto. Los iones de sulfato agarran las partículas, creando un puente químicamente unido. Este puente, llamado ligando, mantiene unidas las nanopartículas y al mismo tiempo inhibe el crecimiento aglomerante que conduciría a unpérdida de actividad catalítica.
La partícula resultante parecía una frambuesa: pequeñas células unidas en algo mayor que la suma de sus partes.
"El fenómeno de la reticulación de dos sustancias se ha formulado en el campo de la investigación de estructuras organometálicas, pero, por lo que podemos decir, este es el primer informe en nanopartículas de óxido. Los efectos de unir ligandos sobre la formación de óxidonanopartículas, que serán útiles para establecer una teoría de síntesis para nanoestructuras 3D complejas ", dijo el Dr. Fuchigami sobre la nanoestructura en forma de frambuesa.
La nanoestructura superficial única de las partículas en forma de frambuesa permaneció estable incluso bajo el duro proceso de reacción catalítica, mejorando la actividad de oxidación de CO a baja temperatura.
El Dr. Fuchigami y su equipo continuarán estudiando los ligandos puente con el objetivo de controlar con precisión el aspecto del diseño de los nanomateriales, como el tamaño y la morfología.
En última instancia, planean descubrir la configuración más estable y activa para la catálisis química y otras aplicaciones.
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Materiales proporcionados por Instituto de Tecnología de Nagoya . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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