Los científicos han utilizado una técnica de Química ganadora del Premio Nobel en una mezcla de metales para reducir potencialmente el costo de las celdas de combustible utilizadas en automóviles eléctricos y reducir las emisiones nocivas de los vehículos convencionales.
Los investigadores han traducido una técnica biológica, que ganó el Premio Nobel de Química 2017, para revelar la química a escala atómica en nanopartículas metálicas. Estos materiales son uno de los catalizadores más efectivos para los sistemas de conversión de energía como las celdas de combustible. Es la primera vezEsta técnica ha sido para este tipo de investigación.
Las partículas tienen una geometría compleja en forma de estrella y este nuevo trabajo muestra que los bordes y las esquinas pueden tener diferentes químicas que ahora se pueden ajustar para reducir el costo de las baterías y los convertidores catalíticos.
El Premio Nobel de Química 2017 fue otorgado a Joachim Frank, Richard Henderson y Jacques Dubochet por su papel de pioneros en la técnica de 'reconstrucción de partículas individuales'. Esta técnica de microscopía electrónica ha revelado las estructuras de una gran cantidad de virus y proteínas, perono se usa generalmente para metales.
Ahora, un equipo de la Universidad de Manchester, en colaboración con investigadores de la Universidad de Oxford y la Universidad Macquarie, se ha basado en la técnica ganadora del Premio Nobel para producir mapas elementales tridimensionales de nanopartículas metálicas que consisten en unos pocos miles de átomos.
Publicado en la revista Nano letras , su investigación demuestra que es posible mapear diferentes elementos a escala nanométrica en tres dimensiones, evitando el daño a las partículas que se estudian.
Las nanopartículas metálicas son el componente principal en muchos catalizadores, como los utilizados para convertir gases tóxicos en los gases de escape de los automóviles. Su efectividad depende en gran medida de su estructura y química, pero debido a su estructura increíblemente pequeña, se requieren microscopios electrónicos paraproporcione imágenes. Sin embargo, la mayoría de las imágenes están limitadas a proyecciones 2D.
"Hemos estado investigando el uso de la tomografía en el microscopio electrónico para mapear distribuciones elementales en tres dimensiones durante algún tiempo", dijo la profesora Sarah Haigh, de la Escuela de Materiales de la Universidad de Manchester. "Por lo general, rotamos la partícula y tomamosimágenes de todas las direcciones, como una tomografía computarizada en un hospital, pero estas partículas dañaron demasiado rápido para permitir que se construya una imagen en 3D. Los biólogos utilizan un enfoque diferente para las imágenes en 3D y decidimos explorar si esto podría usarse junto contécnicas espectroscópicas para mapear los diferentes elementos dentro de las nanopartículas "
"Al igual que la 'reconstrucción de una sola partícula', la técnica funciona imaginando muchas partículas y suponiendo que todas son idénticas en estructura, pero dispuestas en diferentes orientaciones en relación con el haz de electrones. Las imágenes se introducen en un algoritmo informático que genera unreconstrucción tridimensional "
En el presente estudio, el nuevo método de imágenes químicas en 3D se ha utilizado para investigar las nanopartículas metálicas de platino-níquel Pt-Ni.
El autor principal, Yi-Chi Wang, también de la Escuela de Materiales, agregó: "Las nanopartículas a base de platino son uno de los materiales catalíticos más eficaces y ampliamente utilizados en aplicaciones como pilas de combustible y baterías. Nuestras nuevas ideas sobre el 3D localla distribución química podría ayudar a los investigadores a diseñar mejores catalizadores de bajo costo y alta eficiencia "
"Nuestro objetivo es automatizar nuestro flujo de trabajo de reconstrucción química en 3D en el futuro", agregó el autor Dr. Thomas Slater. "Esperamos que pueda proporcionar un método rápido y confiable de imágenes de poblaciones de nanopartículas que se necesita con urgencia para acelerar la optimización de la síntesis de nanopartículaspara aplicaciones de gran alcance, incluyendo sensores biomédicos, diodos emisores de luz y células solares ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Manchester . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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