I ricercatori della Wien University of Technology hanno misurato e spiegato con precisione l’interazione tra nanoparticelle metalliche e un substrato di carbonio.
Il funzionamento dei metalli preziosi dipende anche dalla superficie su cui vengono posizionati. Per esempio le nanoparticelle metalliche funzionano bene una base di carbonio, ma il motivo è stato sconosciuto per molto tempo. Ora i ricercatori dell’Università Tecnica di Vienna hanno misurato e spiegato con precisione l’interazione tra nanoparticelle metalliche e un substrato di carbonio, scoprendo che gli atomi d’argento su un supporto di carbonio sono 200 volte più attivi degli atomi in un pezzo di argento puro. I risultati sono pubblicati sulla rivista ACS Catalysis e diffusi da Phys.org.
Le simulazioni al computer mostrano che la zona in cui l’argento è a diretto contatto con il carbonio è cruciale. Con l’aiuto dello scambio di isotopi di idrogeno, gli scienziati della Wien University of Technology hanno sviluppato un metodo per testare i supporti del catalizzatore per la loro efficacia in modo più rapido e semplice.
Arrivare all’origine dell’effetto
“Per molto tempo, l’uso del carbonio come materiale di supporto per la catalisi ha avuto qualcosa di quasi magico” afferma Günther Rupprechter dell’Istituto di chimica dei materiali della TU Wien, che ha coinvolto anche l’Università di Cadice (Spagna) e il Centro di microscopia elettronica USTEM della TU Wien. L’idea dei ricercatori era che diversi metodi di produzione potessero portare a minime differenze chimiche o fisiche: forse il carbonio si dispone in modi diversi a seconda del metodo di produzione o contiene tracce di altri elementi chimici oppure gruppi funzionali si accumulano sulla superficie, piccoli elementi costitutivi molecolari che intervengono nella reazione chimica. “Nel settore chimico, le persone sono spesso contente del fatto che un processo funzioni e possa essere ripetuto in modo affidabile. Ma noi volevamo arrivare all’origine dell’effetto e capire esattamente cosa sta realmente accadendo qui a livello atomico” continua Rupprechter.
Misurazioni di precisione in un microreattore
l team dell’Università Tecnica di Vienna ha prima prodotto campioni che potevano essere caratterizzati con estrema precisione: nanoparticelle d’argento di dimensioni note su un substrato di carbonio e una sottile lamina d’argento senza carbonio. Poi li ha esaminati in un reattore chimico. “L’argento può essere utilizzato per dividere le molecole di idrogeno in singoli atomi di idrogeno. Questo idrogeno può quindi essere utilizzato, ad esempio, per la reazione di idrogenazione dell’etilene. In modo analogo, si possono anche mescolare molecole di idrogeno ‘ordinarie’ con molecole di idrogeno pesante (deuterio). Entrambe le molecole vengono quindi dissociate dall’argento e ricombinate” spiega Thomas Wicht, il primo autore dello studio. Più attivo è il catalizzatore, più frequentemente vengono scambiati i due isotopi di idrogeno. Ciò fornisce informazioni molto affidabili sull’attività del catalizzatore e significa che, per la prima volta, la differenza di attività tra atomi di argento con e senza supporto di carbonio poteva essere quantificata con precisione, con risultati spettacolari. “Per ogni atomo di argento, lo sfondo di carbonio induce un’attività 200 volte superiore. Un dato molto importante per le applicazioni industriali. Hai bisogno solo di un duecentesimo della quantità di metalli preziosi costosi per ottenere la stessa attività, e puoi farlo semplicemente aggiungendo carbonio relativamente poco costoso” afferma Wicht.
Essere in grado di spiegare i processi a livello atomico dovrebbe ora far risparmiare tempo e denaro nell’uso industriale e semplificare la garanzia della qualità.
Foto Vienna University of Technology
