Limpieza de gases de escape de turismos, generación de energía a partir de la luz solar o división del agua: en el futuro, estas y otras aplicaciones pueden beneficiarse de los nuevos hallazgos relacionados con la ceria. En el Instituto de Tecnología de Karlsruhe KIT, los científicos han estudiado las nanopartículas de ceria conla ayuda de moléculas de sonda y un complejo sistema de medición de infrarrojo de vacío ultra alto y obtuvieron nuevas ideas en parte sorprendentes sobre su estructura superficial y actividad química. El trabajo se informa en tres artículos publicados en la revista Angewandte Chemie química aplicada.
Los óxidos de cerio, compuestos del cerio de metales de tierras raras con oxígeno, se encuentran entre los óxidos más importantes para aplicaciones técnicas. Ceria se utiliza principalmente en catálisis heterogénea, por ejemplo, convertidores catalíticos de gases de escape de turismos, fotocatálisis en células solares, aguadivisión o descomposición de contaminantes. Ceria, como se usa en los convertidores catalíticos, tiene la forma de un polvo. Se compone de partículas nanoescaladas un nanómetro corresponde a una billonésima parte de un metro de estructura altamente compleja. Disposición especial de los átomos de metal y oxígeno.en la superficie determina las propiedades físicas y químicas de la ceria. Hasta ahora, sin embargo, ha sido imposible analizar exactamente los procesos de reordenamiento y reconstrucción que tienen lugar en la superficie de las nanopartículas.
En KIT, los científicos del Instituto de Interfaces Funcionales IFG bajo la dirección del profesor Christof Wöll establecieron un nuevo método para estudiar las propiedades químicas de las superficies de óxido en los últimos años: utilizan moléculas pequeñas, como el monóxido de carbono CO, oxígeno molecular O2 u óxido nitroso N2O, como moléculas de sonda. Estas moléculas se unen a la superficie de las nanopartículas de óxido. Luego, los investigadores determinan las frecuencias de vibración de las moléculas de sonda ". Este enfoque ha llevado a un gran progreso enla comprensión de las propiedades superficiales de las nanopartículas de ceria ", dice Christof Wöll.
Junto con científicos del Instituto de Investigación y Tecnología de Catálisis IKFT de KIT, Humboldt-Universität zu Berlin, la Universidad de Udine / Italia y la Universidad Politécnica de Cataluña en Barcelona / España, los investigadores del IFG estudiaron varios aspectos deLa estructura de la superficie y la actividad química de las nanopartículas de ceria. Sus resultados ahora se publican en tres artículos de la revista Angewandte Chemie química aplicada.
La razón principal del progreso logrado es que los investigadores lograron verificar las frecuencias de vibración medidas para los polvos mediante mediciones utilizando sustancias modelo exactamente definidas. Para esto, aplicaron un complejo sistema de infrarrojo de vacío ultraalto que es el único de su tipoen el mundo. Además, utilizaron los resultados de los cálculos de la mecánica cuántica para asignar las bandas de vibración previamente desconocidas de las partículas de óxido. De esta manera, obtuvieron información completamente nueva, en parte inesperada, sobre la química de la superficie de las nanopartículas de ceria.
Los científicos demostraron que la superficie de una nanopartícula de ceria en forma de barra tiene una serie de defectos, tales como nanofacetas con forma de diente de sierra, vacantes de oxígeno, esquinas y bordes. Estas irregularidades probablemente conducen a la alta actividad catalítica de tales nanopartículas.Además, los investigadores encontraron que la fotorreactividad de la ceria se puede mejorar considerablemente mediante la generación de vacantes de oxígeno, es decir, sitios de oxígeno desocupados. Otro estudio arrojó información básica sobre la posición de las vacantes de oxígeno en varias superficies de ceria y su relevancia para la activación del oxígeno ".Según nuestros hallazgos, ahora podemos desarrollar y optimizar sistemáticamente los convertidores catalíticos y fotocatalizadores basados en ceria a nanoescala ", dice el profesor Wöll.
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Materiales proporcionado por Instituto Karlsruher für Technologie KIT . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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