Utilizando un nuevo tipo de nanoreactor, los investigadores de la Universidad Tecnológica de Chalmers, Suecia, han logrado mapear las reacciones catalíticas en nanopartículas metálicas individuales. Su trabajo podría ayudar a mejorar los procesos químicos y conducir a mejores catalizadores y una tecnología química más ecológica.los resultados se publican en la revista Comunicaciones de la naturaleza .
Los catalizadores aumentan la velocidad de las reacciones químicas. Desempeñan un papel vital en muchos procesos industriales importantes, desde la fabricación de combustibles hasta los medicamentos, hasta ayudar a limitar las emisiones dañinas de los vehículos. También son componentes esenciales para nuevas tecnologías sostenibles como las celdas de combustible, dondeLa electricidad se genera a través de una reacción entre el oxígeno y el hidrógeno. Los catalizadores también pueden contribuir a descomponer las toxinas ambientales, a través de la limpieza del agua de sustancias químicas venenosas, por ejemplo.
Para diseñar catalizadores más efectivos para el futuro, se necesita un conocimiento fundamental, como comprender la catálisis a nivel de partículas catalíticas activas individuales.
Para visualizar el problema de comprender las reacciones catalíticas de hoy, imagine una multitud en un partido de fútbol, donde varios espectadores encienden bengalas. El humo se propaga rápidamente a través de la multitud, y una vez que se ha formado una nube de humo, es casi imposiblediga quién encendió realmente las bengalas, o qué tan poderosamente se está quemando cada una. Las reacciones químicas en la catálisis ocurren de manera comparable. Millones de partículas individuales están involucradas, y actualmente es muy difícil rastrear y determinar los roles de cada una específica.- cuán efectivos son, cuánto ha contribuido cada uno a la reacción.
Para comprender mejor el proceso catalítico, es necesario investigarlo a nivel de nanopartículas individuales. El nuevo nanoreactor ha permitido a los investigadores de Chalmers hacer exactamente esto. El reactor consta de alrededor de 50 nanotúneles de vidrio llenos de líquido, dispuestos en paraleloEn cada túnel, los investigadores colocaron una sola nanopartícula de oro. Aunque son de tamaño similar, cada nanopartícula tiene cualidades catalíticas variadas: algunas son altamente efectivas, otras decididamente menos óptimas. Para poder discernir cómo el tamaño y la nanoestructura influyen en la catálisis, ellos investigadores midieron la catálisis en las partículas individualmente.
"Enviamos a los nanotúneles dos tipos de moléculas, que reaccionan entre sí. Un tipo de molécula es fluorescente y emite luz. La luz solo se extingue cuando se encuentra con un compañero del segundo tipo en la superficie de las nanopartículas, yse produce una reacción química entre las moléculas. Observar esta extinción de la 'luz al final del nanotúnel', aguas abajo de las nanopartículas, nos permitió rastrear y medir la eficiencia de cada nanopartícula para catalizar la reacción química ", dice Sune Levin,Estudiante de doctorado en el Departamento de Biología y Biotecnología de la Universidad Tecnológica de Chalmers, y autor principal del artículo científico.
Realizó los experimentos bajo la supervisión de los profesores Fredrik Westerlund y Christoph Langhammer. El nuevo nanoreactor es el resultado de una amplia colaboración entre investigadores de varios departamentos diferentes en Chalmers.
"La catálisis efectiva es esencial tanto para la síntesis como para la descomposición de productos químicos. Por ejemplo, los catalizadores son necesarios para fabricar plásticos, medicamentos y combustibles de la mejor manera, y para descomponer eficazmente las toxinas ambientales", dice Fredrik Westerlund, profesor delDepartamento de Biología y Biotecnología en Chalmers.
El desarrollo de mejores materiales catalizadores es necesario para un futuro sostenible y hay grandes ganancias sociales y económicas que se pueden lograr.
"Si las nanopartículas catalíticas pudieran ser refinadas de manera óptima, la sociedad podría obtener enormes beneficios. Por ejemplo, en la industria química, hacer que ciertos procesos sean solo un poco más efectivos podría traducirse en un aumento significativo de los ingresos, así como en una reducción drástica de los impactos ambientales".dice el líder del proyecto de investigación Christoph Langhammer, profesor del Departamento de Física de Chalmers.
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Materiales proporcionado por Universidad Tecnológica de Chalmers . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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