Los metales como el oro o el platino se utilizan a menudo como catalizadores. En los convertidores catalíticos de vehículos, por ejemplo, las nanopartículas de platino convierten el monóxido de carbono venenoso en CO no tóxico 2 . Debido a que el platino y otros metales catalíticamente activos son caros y raros, las nanopartículas involucradas se han hecho cada vez más pequeñas con el tiempo.
Los catalizadores de "un solo átomo" son el punto final lógico de esta reducción: el metal ya no está presente como partículas, sino como átomos individuales que están anclados en la superficie de un material de soporte más barato. Los átomos individuales ya no pueden describirse utilizandolas reglas se desarrollaron a partir de piezas de metal más grandes, por lo que las reglas utilizadas para predecir qué metales serán buenos catalizadores deben renovarse; esto se ha logrado ahora en TU Wien. Como resultado, los catalizadores de un solo átomo basados en materiales mucho más baratos podrían seraún más eficaz. Estos resultados ya se han publicado en la revista ciencia .
más pequeño es a veces mejor
Solo los átomos externos de la pieza de metal pueden desempeñar un papel en los procesos químicos; después de todo, los átomos del interior nunca entran en contacto con el medio ambiente. Por lo tanto, para ahorrar material, es mejor utilizar pequeñas partículas metálicas en su lugar.de grandes masas, de modo que una mayor proporción de átomos residen en la superficie. Si llegamos al límite último y usamos átomos individuales, cada átomo es químicamente activo. Durante la última década, el campo de la catálisis de "un solo átomo" ha crecidodramáticamente, logrando un gran éxito.
Modelo incorrecto, solución correcta
"Las razones por las que algunos metales preciosos son buenos catalizadores ya se investigaron en la década de 1970", dice el profesor Gareth Parkinson del Instituto de Física Aplicada de TU Wien. "Por ejemplo, Gerhard Ertl recibió el Premio Nobel de Química en 2007 porproporcionando información a escala atómica sobre la catálisis ".
En una pieza de metal, un electrón ya no se puede asignar a un átomo específico; los estados electrónicos resultan de la interacción de muchos átomos. "Para los átomos individuales, los modelos antiguos ya no son aplicables", dice Gareth Parkinson. "Individuallos átomos no comparten electrones como un metal, por lo que las bandas de electrones, cuya energía fue clave para explicar la catálisis, simplemente no existen en este caso ".
Por lo tanto, Gareth Parkinson y su equipo han estado investigando intensamente los mecanismos atómicos detrás de esta catálisis de un solo átomo en los últimos años. "En muchos casos, los metales que consideramos buenos catalizadores siguen siendo buenos catalizadores en forma de átomos individuales", dice Gareth.Parkinson. "En ambos casos son los mismos electrones, los llamados electrones d, los responsables de esto".
Propiedades personalizadas a través de superficies a medida
Surgen posibilidades completamente nuevas en la catálisis de un solo átomo que no están disponibles cuando se usan partículas metálicas ordinarias: "Dependiendo de la superficie en la que coloquemos los átomos metálicos y de los enlaces atómicos que formen, podemos cambiar la reactividad de los átomos".explica Parkinson.
En algunos casos, los metales particularmente caros como el platino ya no son necesariamente la mejor opción ". Los átomos de níquel individuales son muy prometedores para la oxidación del monóxido de carbono. Si entendemos los mecanismos atómicos de la catálisis de un solo átomo, tenemos mucho más margen para influirlos procesos químicos ", dice Parkinson.
Se analizaron con precisión ocho metales diferentes de esta manera en TU Wien; los resultados se ajustan perfectamente a los modelos teóricos que ahora se han desarrollado en colaboración con el profesor Cesare Franchini de la Universidad de Viena.
"Los catalizadores son muy importantes en muchas áreas, especialmente cuando se trata de reacciones químicas que juegan un papel importante en los intentos de desarrollar una economía de energía renovable", enfatiza Gareth Parkinson. "Nuestro nuevo enfoque muestra que no siempre es necesarioser platino ". El factor decisivo es el entorno local de los átomos, y si lo elige correctamente, puede desarrollar mejores catalizadores y, al mismo tiempo, ahorrar recursos y costos.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Tecnológica de Viena . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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