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(noticias nanowerk) Investigadores de la Universidad Metropolitana de Tokio han desarrollado una forma de agregar nanocapas individuales de óxidos metálicos mixtos a nanopartículas de oro sobre dióxido de silicio para aumentar su actividad catalítica. Al convertir el monóxido de carbono en dióxido de carbono, descubrieron que la temperatura requerida para la reacción se reducía significativamente, lo que condujo a mejoras significativas con respecto a los métodos existentes para recubrir estructuras de oro/silicio. El método allana el camino para el desarrollo de una amplia gama de nuevos catalizadores de alto rendimiento.
Los resultados fueron publicados en Interfaces y materiales aplicados de ACS (“Decoración de catalizadores de nanopartículas de oro y platino mediante una capa superior de óxido metálico de 1 nm de espesor y su efecto sobre la actividad de oxidación de CO”).
![Las nanopartículas de oro soportadas sobre sílice se recubren con nanoláminas de LDH de una sola capa y se calcinan para producir una capa ultrafina de óxido metálico mixto.](https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news3/id64770_1.jpg)
Se sabe que las nanopartículas de oro, partículas de menos de cinco nanómetros de diámetro, son excelentes catalizadores de reacciones químicas, en particular reacciones de oxidación como la conversión del nocivo monóxido de carbono en dióxido de carbono. El efecto es más pronunciado cuando se monta sobre óxidos metálicos como el óxido de cobalto, que es más probable que experimenten la reacción opuesta, es decir, óxidos reducibles.
Desafortunadamente, no todos los óxidos metálicos son reducibles. Por ejemplo, las nanopartículas montadas sobre óxidos irreducibles como el dióxido de silicio no son un catalizador eficaz. Dada la abundancia de sílice en nuestro planeta, una forma de mejorar el rendimiento de dichos materiales avanzaría enormemente en su uso industrial.
Esto ha llevado a los científicos a buscar formas de modificar los catalizadores soportados para mejorar su rendimiento. Ahora, un equipo dirigido por el profesor asociado Tamao Ishida de la Universidad Metropolitana de Tokio ha desarrollado un método para depositar nanohojas individuales de óxidos metálicos mixtos (MMO) utilizando hidróxidos dobles en capas (LDH).
Las LDH consisten en nanohojas de hidróxido metálico en las que algunos de los iones metálicos se reemplazan por iones metálicos con una carga más alta, lo que le da a la propia capa una carga neta positiva; Las hojas están unidas por iones negativos. Es importante destacar que las nanohojas individuales se pueden despegar y utilizar por separado.
En este estudio, el equipo recubrió nanopartículas de oro sobre dióxido de silicio, una estructura cargada negativamente, con nanoláminas de LDH cargadas positivamente hechas de aluminio y una variedad de otros metales, y luego las expuso a altas temperaturas (calcinación) para formar una nanocapa de MMO.
Cuando observaron su nuevo catalizador mediante microscopía electrónica de transmisión, descubrieron que las nanopartículas estaban recubiertas con una capa de menos de un nanómetro de espesor. Para probar su rendimiento, el equipo lo utilizó para convertir monóxido de carbono en dióxido de carbono.
Mientras que las nanopartículas de oro sobre dióxido de silicio solo mostraron una tasa de conversión de alrededor del 20% incluso a 300 grados Celsius, su nuevo catalizador mostró una tasa de conversión del 50% a solo 50 grados, una reducción de más de 250 grados. También se ha descubierto que supera a los métodos comunes de “impregnación” para el recubrimiento de MMO.
Curiosamente, se descubrió que las capas de MMO más gruesas daban como resultado un peor rendimiento: el alto rendimiento proviene de un recubrimiento subnanómetro. Cuando examinaron más de cerca una capa de MMO de cobalto y aluminio, encontraron una gran cantidad de defectos de oxígeno en la capa; El equipo concluyó que la estrecha sinergia entre esta capa llena de defectos y la superficie de oro era la razón del aumento de actividad.
El nuevo catalizador logró un rendimiento excelente con inclusiones de cobalto muy bajas, inferiores al 0,3% en peso. Sus hallazgos allanaron el camino para su aplicación a una variedad de otros materiales y a toda una familia de nuevos catalizadores de alto rendimiento.
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