Hacen que nuestros autos sean más ecológicos y son indispensables para la industria química: los catalizadores hacen posibles ciertas reacciones químicas, como la conversión de CO en CO 2 en los gases de escape de los automóviles, de lo contrario sucedería muy lentamente o no lo haría en absoluto. Los físicos de superficie en TU Wien ahora han logrado un avance importante; los átomos de metal se pueden colocar en una superficie de óxido de metal para que muestren exactamente el químico deseadocomportamiento. Se han publicado resultados prometedores con átomos de iridio en la revista Angewandte Chemie .
Más pequeño y más pequeño, hasta el átomo único
Para los gases de escape de los automóviles, se utilizan catalizadores sólidos como el platino. El gas entra en contacto con la superficie del metal, donde reacciona con otros componentes del gas. "Solo la capa más externa de átomos de metal puede desempeñar un papel en este proceso.el gas nunca puede alcanzar los átomos dentro del metal, por lo que básicamente se desperdician ", dice el profesor Gareth Parkinson del Instituto de Física Aplicada de TU Wien. Por lo tanto, tiene sentido construir el catalizador no como un solo bloque grande de metal, sino enla forma de gránulos finos. Esto hace que el número de átomos activos sea lo más alto posible. Dado que muchos materiales catalizadores importantes como el platino, el oro o el paladio son muy caros, el costo es un problema importante.
Durante años, se han realizado esfuerzos para convertir los catalizadores en partículas cada vez más finas. En el mejor de los casos, el catalizador podría estar formado por átomos de catalizador individuales, y todos estarían activos de la manera correcta. Esto es más fácildicho que hecho, sin embargo. "Cuando los átomos de metal se depositan en una superficie de óxido de metal, generalmente tienen una tendencia muy fuerte a agruparse y formar nanopartículas", explicó Gareth Parkinson.
En lugar de unir los átomos metálicos activos a una superficie, también es posible incorporarlos en una molécula con átomos vecinos inteligentemente seleccionados. Las moléculas y los reactivos se disuelven en un líquido, y las reacciones químicas ocurren allí.
Ambas variantes tienen ventajas y desventajas. Los catalizadores de metal sólido tienen un mayor rendimiento y pueden ejecutarse en operación continua. Por otro lado, con los catalizadores líquidos, es más fácil adaptar las moléculas según sea necesario, pero el producto y el catalizadortienen que separarse nuevamente después.
Lo mejor de ambos mundos
El equipo de Parkinson en TU Wien está trabajando para combinar las ventajas de ambas variantes: "Durante años hemos estado trabajando en el procesamiento de superficies de óxido de metal de manera controlada e imaginándolas bajo el microscopio", dice Gareth Parkinson. "Gracias a estoexperiencia, ahora somos uno de los pocos laboratorios en el mundo que pueden incorporar átomos metálicos en una superficie sólida de una manera bien definida ".
De la misma manera que se diseñan las moléculas catalizadoras líquidas, es posible elegir los átomos vecinos en la superficie que serían los más favorables desde un punto de vista químico, y los trucos especiales de física de superficies hacen posibleincorpórelos en una matriz sólida sobre una superficie especial de óxido de hierro. Esto se puede usar, por ejemplo, para convertir el monóxido de carbono en dióxido de carbono.
control óptimo
"La catálisis de un solo átomo es un nuevo campo de investigación extremadamente prometedor", dice Gareth Parkinson. "Ya se han realizado mediciones interesantes con dichos catalizadores, pero hasta ahora no se sabía realmente por qué funcionaban tan bien. Ahora, para elPor primera vez, tenemos un control total sobre las propiedades atómicas de la superficie y podemos demostrarlo claramente mediante imágenes del microscopio electrónico ".
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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