El comportamiento notable de los átomos de platino en las superficies de magnetita podría conducir a mejores catalizadores. Los científicos de TU Wien Viena ahora pueden explicar cómo los átomos de platino pueden formar pares con la ayuda de monóxido de carbono.
A primera vista, la magnetita parece ser un mineral gris bastante discreto. Pero a escala atómica, tiene propiedades notables: en la magnetita, los átomos de un solo metal se mantienen en su lugar, o se puede hacer que se muevan a través de la superficie. A vecesvarios átomos de metal en la magnetita forman pequeños grupos. Tales fenómenos pueden cambiar drásticamente la actividad química del material. Los procesos atómicos en la superficie de la magnetita determinan qué tan bien ciertos átomos de metal pueden servir como catalizadores para reacciones químicas.
Los científicos de TU Wien Viena, junto con colegas de la Universidad de Utrecht, ahora pueden ver átomos de platino individuales formando pequeños grupos. El monóxido de carbono juega un doble papel en este proceso: permite que los átomos de platino individuales se muevan y formen pares, y luegomantiene estos pares juntos durante mucho tiempo. Solo al aumentar la temperatura se pueden romper los enlaces de pares entre los átomos de platino.
Átomos solitarios
Suena un poco como una historia de amor infeliz: "A dos átomos de platino les gustaría estar juntos, pero la superficie de magnetita los mantiene separados", dice Roland Bliem TU Wien. Junto con el profesor Gareth Parkinson, el profesor Ulrike Diebold yanalizaron el comportamiento de los átomos de platino con un microscopio de túnel de barrido. "Cuando un átomo de platino golpea la superficie de la magnetita, los átomos de oxígeno en la magnetita lo mantienen en su lugar. Los átomos siempre terminan solos. En otras superficies,se favorecería la formación de pares, pero la magnetita no lo permite ", dice Roland Bliem. Los átomos de platino se sientan en lugares específicos del cristal de magnetita y no pueden escapar sin ayuda externa.
Sin embargo, con la aparición del monóxido de carbono, la situación cambia por completo: "Una molécula de monóxido de carbono puede unirse a un átomo de platino y levantarlo", dice Gareth Parkinson. "A eso lo llamamos el efecto skyhook". El proceso de elevación liberael átomo del apretado agarre de la magnetita, y juntos, la molécula y el átomo de platino pueden comenzar a moverse al azar a través de la superficie de la magnetita.
Cuando un átomo de platino movilizado encuentra otro, pueden formar un enlace, siempre que ambos sean levantados por el monóxido de carbono, disminuyendo la influencia de la magnetita a continuación.
Cuando la temperatura aumenta a 250 ° C, el monóxido de carbono se separa del átomo de platino y el enlace se rompe. Los dos átomos de platino deben encontrar lugares separados nuevamente en la superficie de la magnetita. Este efecto abre una estrategia para convertir los racimosen átomos individuales: un proceso importante en los llamados "catalizadores de un solo átomo". A veces se forman grupos de varios átomos. Sin embargo, estos grupos más grandes no se pueden dividir, incluso a altas temperaturas.
Películas con resolución atómica
"En nuestro microscopio de túnel de barrido, podemos obtener imágenes de la misma parte de la superficie una y otra vez, para poder crear una película que muestre los átomos danzantes", dice Roland Bliem. "Esto es crucial para comprender lo que realmente sucede enla superficie de magnetita. Podemos observar átomos individuales mientras deambulan por la superficie de magnetita o se unen entre sí. Si solo tuviéramos una imagen del resultado final, no podríamos decir con certeza, si una estructura específica consiste en uno, dos omás átomos. Solo siguiendo la evolución temporal del movimiento atómico, sabemos qué interpretación es la correcta ". Bliem no solo realizó los experimentos, sino que también realizó complejos cálculos teóricos para explicar el comportamiento peculiar de los átomos de platino a nivel mecánico cuántico..
Para la catálisis química, estos hallazgos juegan un papel importante. "Los metales como el platino se usan con frecuencia como catalizadores", dice Gareth Parkinson. "Pero un grupo grande de muchos átomos de metal puede tener propiedades químicas completamente diferentes que los átomos de un solo metal que se encuentran por separadoen una superficie. Cuando queremos optimizar los catalizadores, debemos ser capaces de comprender y controlar el comportamiento de los átomos. Este trabajo es un paso más hacia ese objetivo ".
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Materiales proporcionado por Universidad Tecnológica de Viena, TU Viena . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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