Los químicos han medido los efectos del nanoconfinement en la catálisis rastreando moléculas individuales a medida que se sumergen en "nanopozos" y reaccionan con los catalizadores en la parte inferior.
Los pozos en estos experimentos son solo un promedio de 2.3 billones de metros de ancho y aproximadamente 80 a 120 billones de metros de profundidad. Estos pequeños canales brindan acceso a un catalizador de platino intercalado entre los núcleos sólidos y las capas porosas de las esferas de sílice. Yestán ayudando a un equipo de químicos a comprender cómo tal nanoconfineción de catalizadores afecta las reacciones.
Los estudios previos de las reacciones se han limitado al trabajo teórico con modelos y experimentos simplificados después de una colección de moléculas. Este estudio pudo recopilar datos de una sola molécula porque el experimento creó una molécula fluorescente que podía iluminarse, formarse imágenes y rastrearse- Incluso en nanoconfinement.
"Este efecto de nanoconfineción no se entiende bien, especialmente a nivel cuantitativo", dijo Wenyu Huang, profesor asociado de química de la Universidad Estatal de Iowa y asociado del Laboratorio Ames del Departamento de Energía de EE. UU.
Un nuevo artículo publicado recientemente en línea por la revista Catálisis de la naturaleza informa que, en este caso, "la velocidad de reacción aumenta significativamente en presencia de nanoconfinamiento", escribieron Huang y un equipo de coautores.
Huang y Ning Fang, profesor asociado de química en la Universidad Estatal de Georgia en Atlanta, son los autores principales del artículo. Una subvención de tres años y $ 550,000 de la National Science Foundation apoyó el proyecto.
El laboratorio del estado de Iowa de Huang creó, estudió y describió las esferas de varias capas y sus nanopozos de longitud prescrita. El laboratorio de Fang en el estado de Georgia utilizó tecnología láser y de imágenes microscópicas para rastrear las moléculas y medir las reacciones.
Ese fue un gran desafío para los investigadores. Tales medidas nunca se habían tomado experimentalmente "debido a los desafíos técnicos aparentemente insuperables de rastrear moléculas individuales dinámicamente en estructuras nanoporosas complejas en condiciones de reacción", escribieron los químicos en su artículo.
Sin embargo, idearon una técnica experimental que rastreó con éxito más de 10,000 trayectorias de moléculas de una reacción catalítica modelo. La reacción involucró una molécula llamada amplex rojo que reacciona con peróxido de hidrógeno en la superficie de nanopartículas de platino para generar una molécula producto llamada resorufina, que es una molécula altamente fluorescente.
Además de encontrar que el nanoconfinement aumentó la velocidad de reacción, los experimentos mostraron que había menos adhesión de las moléculas a la superficie de las nanopartículas de platino.
Ahora que han demostrado sus técnicas experimentales y han llegado a conclusiones iniciales, los químicos planean expandir su proyecto.
"Una vez que comprendamos este modelo, podemos observar reacciones más complicadas", dijo Huang.
Y eso podría conducir a mejores catalizadores.
Como escribieron los químicos en su artículo, "Este trabajo allana el camino para que la investigación diferencie, evalúe y comprenda cuantitativamente los complejos efectos de nanoconfineción en los procesos catalíticos dinámicos, guiando así el diseño racional de catalizadores de alto rendimiento".
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Materiales proporcionado por Universidad Estatal de Iowa . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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