La importancia de los buenos vecinos en la catálisis
¿Le afectan sus vecinos? También lo están las nanopartículas en los catalizadores
Una nueva investigación de la Universidad Tecnológica de Chalmers, Suecia, publicada en las revistas Science Advances y Nature Communications, revela cómo los vecinos más cercanos determinan lo bien que funcionan las nanopartículas en un catalizador.
Colaboración vecinal para la catálisis. En primer lugar, se aíslan varias nanopartículas de cobre en un nanotubo lleno de gas. Luego los investigadores utilizan la luz para medir cómo se afectan mutuamente en el proceso por el cual el oxígeno y el monóxido de carbono se convierten en dióxido de carbono. El objetivo a largo plazo de la investigación es encontrar una "colaboración de vecindad" eficiente en cuanto a recursos, en la que el mayor número posible de partículas sean activas catalíticamente al mismo tiempo.
David Albinsson/Chalmers University of Technology
"El objetivo a largo plazo de la investigación es ser capaz de identificar 'superpartículas', para contribuir a catalizadores más eficientes en el futuro. Para utilizar los recursos mejor que hoy, también queremos que el mayor número posible de partículas participe activamente en la reacción catalítica al mismo tiempo", dice el líder de la investigación Christoph Langhammer del Departamento de Física de la Universidad Tecnológica de Chalmers.
Imagina un gran grupo de vecinos reunidos para limpiar un patio común. Se pusieron manos a la obra y cada uno contribuyó al esfuerzo del grupo. El único problema es que no todos son igualmente activos. Mientras algunos trabajan duro y eficientemente, otros se pasean, charlan y beben café. Si sólo se mirara el resultado final, sería difícil saber quién trabajó más, y quién simplemente se relajó. Para determinar eso, necesitarías monitorear a cada persona a lo largo del día. Lo mismo se aplica a la actividad de las nanopartículas metálicas en un catalizador.
La búsqueda de catalizadores más eficaces a través de la cooperación vecinal
Dentro de un catalizador, varias partículas afectan la eficacia de las reacciones. Algunas de las partículas de la multitud son efectivas, mientras que otras están inactivas. Pero las partículas están a menudo escondidas dentro de diferentes "poros", como en una esponja, y por lo tanto son difíciles de estudiar.
Para poder ver lo que realmente ocurre dentro de un poro del catalizador, los investigadores de la Universidad Tecnológica de Chalmers aislaron un puñado de partículas de cobre en un nanotubo de vidrio transparente. Cuando varias se reúnen en el pequeño tubo lleno de gas, se hace posible estudiar qué partículas hacen qué, y cuándo, en condiciones reales.
Lo que sucede en el tubo es que las partículas entran en contacto con una mezcla gaseosa de oxígeno y monóxido de carbono. Cuando estas sustancias reaccionan entre sí en la superficie de las partículas de cobre, se forma dióxido de carbono. Es la misma reacción que ocurre cuando se purifican los gases de escape en el convertidor catalítico de un automóvil, excepto que allí las partículas de platino, paladio y rodio se utilizan a menudo para descomponer el tóxico monóxido de carbono, en lugar de cobre. Pero estos metales son caros y escasos, por lo que los investigadores están buscando alternativas más eficientes en cuanto a recursos.
"El cobre puede ser un candidato interesante para oxidar el monóxido de carbono. El desafío es que el cobre tiene una tendencia a cambiar por sí mismo durante la reacción, y tenemos que ser capaces de medir qué estado de oxidación tiene una partícula de cobre cuando está más activa dentro del catalizador. Con nuestro nanorreactor, que imita un poro dentro de un catalizador real, esto será posible ahora", dice David Albinsson, investigador postdoctoral del Departamento de Física de Chalmers y primer autor de dos artículos científicos recientemente publicados en Science Adv ances y Nature Communications.
Cualquiera que haya visto un viejo techo o estatua de cobre reconocerá cómo el metal marrón rojizo pronto se vuelve verde después del contacto con el aire y los contaminantes. Algo similar ocurre con las partículas de cobre en los catalizadores. Por lo tanto, es importante hacer que trabajen juntas de manera efectiva.
"Lo que hemos demostrado ahora es que el estado de oxidación de una partícula puede ser afectado dinámicamente por sus vecinos más cercanos durante la reacción. La esperanza, por lo tanto, es que eventualmente podamos ahorrar recursos con la ayuda de una cooperación vecinal optimizada en un catalizador", dice Christoph Langhammer, Profesor del Departamento de Física de Chalmers.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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