El desarrollo de nanopartículas bimetálicas es decir, pequeñas partículas compuestas de dos metales diferentes que exhiben varias propiedades nuevas y mejoradas representa un área de investigación novedosa con una amplia gama de aplicaciones potenciales. Ahora, un equipo de investigación en la Universidad de Maryland La Escuela de Ingeniería A. James Clark de la UMD ha desarrollado un nuevo método para mezclar metales generalmente conocidos como inmiscibles o no mezclables, a nanoescala para crear una nueva gama de materiales bimetálicos. Dicha biblioteca será útil para estudiar el papelde estas partículas bimetálicas en diversos escenarios de reacción, como la transformación de dióxido de carbono en combustible y productos químicos.
El estudio, dirigido por el profesor Liangbing Hu, se publicó en Avances científicos el 24 de abril de 2020. El investigador asociado Chunpeng Yang fue el primer autor del estudio.
"Con este método, podemos desarrollar rápidamente diferentes bimetálicos usando varios elementos, pero con la misma estructura y morfología", dijo Hu. "Entonces podemos usarlos para seleccionar materiales catalíticos para una reacción; tales materiales no estarán limitados porsintetizar dificultades "
La naturaleza compleja de las partículas bimetálicas nanoestructuradas hace que la mezcla de dichas partículas mediante métodos convencionales sea difícil, por una variedad de razones, incluida la composición química de los metales, el tamaño de las partículas y cómo los metales se organizan a nanoescala.
Este nuevo método de síntesis sin equilibrio expone las mezclas a base de cobre a un choque térmico de aproximadamente 1300 grados Celsius durante .02 segundos y luego las enfría rápidamente a temperatura ambiente. El objetivo de usar un intervalo tan corto de calor térmico es rápidamenteatrapar o "congelar" los átomos metálicos de alta temperatura a temperatura ambiente mientras mantienen su estado de mezcla. Al hacerlo, el equipo de investigación pudo preparar una colección de aleaciones homogéneas a base de cobre. Por lo general, el cobre solo se mezcla con unos pocosotros metales, como zinc y paladio, pero al usar este nuevo método, el equipo amplió el rango miscible para incluir cobre con níquel, hierro y plata también.
"Utilizando un microscopio electrónico de barrido y un microscopio electrónico de transmisión, pudimos confirmar la morfología, cómo se formaron los materiales, y el tamaño de las nanopartículas bimetálicas Cu-Ag [cobre-plata] resultantes", dijo Yang.
Este método permitirá a los científicos crear sistemas, estructuras y materiales de nanopartículas más diversos que tengan aplicaciones en catálisis, aplicaciones biológicas, aplicaciones ópticas y materiales magnéticos.
Como sistema modelo para el desarrollo rápido de catalizadores, el equipo investigó las aleaciones a base de cobre como catalizadores para las reacciones de reducción de monóxido de carbono, en colaboración con Feng Jiao, profesor de la Universidad de Delaware. La electrocatálisis de la reducción de monóxido de carbono CORes una plataforma atractiva, que permite a los científicos utilizar gases de efecto invernadero y energía eléctrica renovable para producir combustibles y productos químicos.
"El cobre es, hasta ahora, el electrocatalizador monometálico más prometedor que impulsa la reducción de monóxido de carbono a productos químicos de valor agregado", dijo Jiao. "La capacidad de sintetizar rápidamente una amplia variedad de nanoaleaciones bimetálicas a base de cobre con una estructura uniforme nos permitepara realizar estudios fundamentales sobre la relación estructura-propiedad en COR y otros sistemas catalizadores "
La estrategia sintética de no equilibrio puede extenderse también a otros sistemas de óxido bimetálico u metálico. Utilizando el aprendizaje automático basado en inteligencia artificial, el nuevo método sintético hará posible la detección rápida de catalizadores y el diseño racional.
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Materiales proporcionado por Universidad de Maryland . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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