El platino es un gran catalizador y se puede utilizar para muchas aplicaciones diferentes. Sin embargo, es un material costoso, por lo que se utilizan pequeñas nanopartículas de platino sobre materiales de óxido de metal baratos para convertir el monóxido de carbono en dióxido de carbono. Utilizando microscopios de túnel de exploración, los científicos de TUViena ahora ha podido imaginar el comportamiento catalítico del platino sobre óxido de hierro, lo que les permitió explicar el proceso a escala atómica. Sorprendentemente, las reacciones químicas no tienen lugar en las nanopartículas de platino, y es la interacción.entre partículas de platino y la superficie de óxido de hierro que hace que la reacción sea tan eficiente.
Moléculas de captura y oxidación
Las pequeñas nanopartículas utilizadas para la catálisis a menudo consisten en unos pocos átomos de platino. Permiten la oxidación al mantener las moléculas objetivo en su lugar y ponerlas en contacto con el oxígeno. De esa manera, el monóxido de carbono CO puede convertirse en dióxido de carbono CO2, el hidrógeno gaseoso H2 se oxida a agua H2O. Estas reacciones también son posibles sin platino, pero pueden ocurrir a temperaturas mucho más bajas en presencia de partículas de platino.
"Solíamos creer que estas reacciones químicas ocurren justo encima de las partículas de platino. Pero nuestras imágenes muestran claramente que el óxido de hierro realmente hace el trabajo", dice el profesor Gareth Parkinson. Durante años ha estado estudiando el comportamiento de los pequeñospartículas en las superficies de óxido de metal junto con la profesora Ulrike Diebold ambas TU Viena. Ahora el equipo podría demostrar que el oxígeno necesario para las reacciones químicas no se origina en la atmósfera circundante sino en el óxido de hierro a continuación.
nano-agujeros y hierro de viaje
El óxido de hierro Fe3O4, sobre el cual descansan las partículas de platino, tiene propiedades notables. Tiene una estructura cristalina regular y cada átomo tiene una posición bien definida, pero aún así los átomos de hierro son relativamente libres para viajar a través del material.Cuando las nanopartículas de platino capturan moléculas del gas circundante y las combinan con átomos de oxígeno de la superficie de óxido de hierro, queda un exceso de átomos de hierro. Estos átomos de hierro luego migran profundamente en el material, dejando un agujero en la superficie que claramente puede servisto en las imágenes tomadas con el microscopio de túnel de exploración.
Este proceso puede incluso desencadenar una reacción en cadena. Tan pronto como la reacción química en la nanopartícula de platino crea un agujero en la superficie de óxido de hierro, hay algunos átomos justo en el borde del agujero cuyo acoplamiento al resto del materialno es muy fuerte. En estos bordes, la próxima reacción química puede ocurrir mucho más fácilmente. La nanopartícula de platino se desplaza ligeramente y está lista para el siguiente paso ". Al final, podemos ver largas zanjas en la superficie, dejadas atrás poruna sola nanopartícula de platino ", dice Ulrike Diebold.
El fenómeno opuesto ocurre cuando el platino y el óxido de hierro se exponen a una atmósfera de oxígeno. Las partículas de platino rompen las moléculas de oxígeno O2, y los átomos de oxígeno individuales pueden integrarse en la superficie. Los átomos de hierro viajan a la superficiedesde dentro del material, y justo al lado de la nanopartícula de platino, se crea una isla adicional de óxido de hierro. En lugar de agujeros, crecen muchas pequeñas islas en la superficie.
Hacia mejores catalizadores
Durante años, el equipo de TU Vienna ha estado trabajando duro para sentar las bases necesarias para este tipo de investigación. En muchos pasos importantes, el equipo de ciencias de la superficie perfeccionó formas de manejar óxidos metálicos y partículas pequeñas. En los últimos años, han presentadonuevos hallazgos importantes sobre la estructura de los óxidos metálicos, sobre la movilidad de los átomos en su superficie y sus propiedades químicas. Según esta experiencia, ahora es posible hacer visibles los procesos químicos de la catálisis de platino y explicarlos en detalle.
Ahora este nuevo conocimiento se puede utilizar para crear catalizadores aún mejores. Por ejemplo, el equipo podría demostrar que el tratamiento previo con hidrógeno debería aumentar la eficiencia de los catalizadores de platino. Las trincheras atómicas creadas de esa manera evitan que las nanopartículas de platino se agrupen, lo quedisminuiría su reactividad
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Tecnológica de Viena . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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