Los octópodos a nanoescala que cumplen una doble función como catalizadores y sensores plasmónicos están iluminando un camino hacia procesos industriales más eficientes, según un científico de la Universidad de Rice.
Los catalizadores son sustancias que aceleran las reacciones químicas y son esenciales para muchas industrias, como el petróleo, el procesamiento de alimentos y los productos farmacéuticos. Los catalizadores comunes incluyen paladio y platino, ambos encontrados en los convertidores catalíticos de automóviles. Los plasmones son ondas de electrones que oscilan en partículas,generalmente metálicos, cuando son excitados por la luz. Los metales plasmónicos como el oro y la plata pueden usarse como sensores en aplicaciones biológicas y para la detección de químicos, entre otros.
Los materiales plasmónicos no son los mejores catalizadores, y los catalizadores son típicamente muy pobres para los plasmónicos. Pero combinarlos de la manera correcta es prometedor para aplicaciones industriales y científicas, dijo Emilie Ringe, profesora asistente de Rice de ciencia de materiales y nanoingeniería y de químicaquien dirigió el estudio que aparece en Informes científicos .
"Las partículas plasmónicas son imanes para la luz", dijo Ringe, quien trabajó en el proyecto con colegas en los Estados Unidos, el Reino Unido y Alemania. "Se unen con la luz y crean grandes campos eléctricos que pueden impulsar procesos químicos. Al combinar estoscampos eléctricos con una superficie catalítica, podríamos impulsar aún más las reacciones químicas. Es por eso que estamos estudiando cómo el paladio y el oro se pueden incorporar juntos ".
Los investigadores crearon motas de oro con ocho brazos y las recubrieron con una aleación de oro y paladio. Los octópodos demostraron ser catalizadores y sensores eficientes.
"Si simplemente mezcla oro y paladio, puede terminar con un material plasmónico malo y un catalizador bastante malo, porque el paladio no atrae la luz como el oro", dijo Ringe. "Pero nuestras partículas tienen núcleos de oro con paladio enlas puntas, por lo que conservan sus propiedades plasmónicas y las superficies son catalíticas ".
Igual de importante, dijo Ringe, el equipo estableció técnicas de caracterización que permitirán a los científicos ajustar las aleaciones específicas de la aplicación que informan sobre su actividad catalítica en tiempo real.
Los investigadores analizaron los octópodos con una variedad de instrumentos, incluido el nuevo microscopio Titan Themis de Rice, uno de los microscopios electrónicos más potentes de la nación. "Confirmamos que aunque ponemos paladio en una partícula, todavía es capaz de hacer todo lo queuna forma dorada similar serviría. Eso es realmente un gran problema ", dijo.
"Si enciende una luz sobre estas nanopartículas, crea fuertes campos eléctricos. Esos campos mejoran la catálisis, pero también informan sobre la catálisis y las moléculas presentes en la superficie de las partículas", dijo Ringe.
Los investigadores utilizaron espectroscopía de pérdida de energía de electrones, catodioluminiscencia y espectroscopía de rayos X de dispersión de energía para hacer mapas tridimensionales de los campos eléctricos producidos al excitar los plasmones. Descubrieron que se producían campos fuertes en las puntas ricas en paladio, donde los plasmoneseran los menos propensos a estar emocionados
Ringe espera que más investigaciones produzcan nanopartículas multifuncionales en una variedad de formas que se puedan refinar en gran medida para las aplicaciones. Su propio laboratorio de Rice está trabajando en un catalizador metálico para convertir los derivados de petróleo inertes en moléculas principales para medicamentos novedosos.
Los coautores del artículo son Christopher DeSantis y Sara Skrabalak de la Universidad de Indiana; Sean Collins y Paul Midgley de la Universidad de Cambridge, Reino Unido; y Martial Duchamp y Rafal Dunin-Borkowski del Ernst Ruska-Center for Microscopy and Spectroscopycon Electrones y el Instituto Peter Grünberg, Jülich, Alemania.
La investigación fue apoyada por la Unión Europea bajo el Séptimo Programa Marco, el Consejo Europeo de Investigación, la Royal Society, Trinity Hall Cambridge, una beca de la Universidad de Cambridge Gates y la National Science Foundation.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Rice . Original escrito por Mike Williams. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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