(Da esquerda para a direita) Dr. Md Shahriar Hossain, Prof Yusuke Yamauchi e Dra. Katy Wood no instrumento Quokka. Crédito:Australian Nuclear Science and Technology Organization (ANSTO)
Uma grande colaboração internacional, que incluiu ANSTO, sintetizou com sucesso nanopartículas de ródio altamente porosas que poderiam ser usadas como um conversor catalítico mais eficaz para veículos.
As nanopartículas de ródio mesoporosas, produzido usando um modelo suave e química de solução simples, foram termicamente estáveis até 400 ° C e três a quatro vezes mais eficazes do que os conversores catalíticos normais.
Nanopartículas mesoporosas são usadas como conversores catalíticos para reduzir a poluição do escapamento de veículos, convertendo gases tóxicos e poluentes em poluentes menos tóxicos.
A pesquisa tem potencial para reduzir significativamente a quantidade de poluição causada por carros e caminhões.
O estudo, liderado por Bo Jiang e o Prof Yusuke Yamauchi do Instituto Nacional de Ciência de Materiais e da Universidade Waseda em Tóquio e da Universidade Wollongong, foi publicado hoje em Nature Communications .
O professor Yamauchi disse que as nanopartículas de ródio porosas podem fazer uma melhoria dramática na poluição do ar em cidades ao redor do mundo.
O espalhamento de nêutrons de pequeno ângulo (SANS) foi realizado no instrumento Quokka no Australian Centre for Neutron Scattering pela Dra. Katy Wood e Dr. Md Shahriar Hossain, Pesquisador Sênior da Universidade de Wollongong, para caracterizar as micelas em solução em dois estágios do processo de cinco etapas.
Pesquisadores da Universidade Waseda, no Japão, Universidade Bilkent na Turquia, e Bangabandhu Sheik Mujibur Rahaman Agricultural University em Bangladesh também contribuíram para o estudo.
Metais crescentes dentro de modelos rígidos, como a sílica mesoporosa, já havia sido alcançada, mas há poucos relatos da síntese de catalisadores de ródio mesoporosos.
Crédito:Australian Nuclear Science and Technology Organization (ANSTO)
O uso de um soft template é considerado uma plataforma robusta para preparar vários tipos de nanopartículas metálicas e filmes nanoestruturados com arquitetura mesoporosa uniforme,
Síntese por redução química
Como o ródio é caracterizado por ser estável, átomos compactados, é menos reativo quimicamente em condições moderadas.
Os pesquisadores superaram esse desafio com a seleção do precursor de polímero, agente de redução e solvente de mistura.
O polímero, poli (óxido de etileno) -b-poli (metilmetacrilato (PEO-b-PMMA) automontado em micelas esféricas com a adição de água.
As micelas atuam como um modelo macio, porém robusto, para nanoestruturas mesoporosas.
Quando uma solução de Na3RhCl6 foi adicionada, micelas compostas foram formadas.
Depois de sofrer nucleação, eles coalesceram e cresceram em nanoestruturas de ródio mesoporoso que poderiam ser extraídas usando um solvente.
Padrões de espalhamento de nêutrons de pequeno ângulo (SANS) de dois tipos de soluções de micelas poliméricas realizadas no instrumento Quokka. Crédito:Australian Nuclear Science and Technology Organization (ANSTO)
Caracterizando as micelas
Como as micelas atuam como um modelo para a formação das nanopartículas, os investigadores precisavam caracterizá-los completamente na solução.
"SANS foi capaz de determinar o tamanho das micelas, que era de aproximadamente 20 nanômetros, e confirmar que eles eram homogêneos, esferas bem formadas, "disse Wood.
"Porque a molécula de polímero está definindo os poros, abre a possibilidade de alterar o tamanho dos poros ou outra modificação para ajustar o produto final, "disse Wood.
As medições de Quokka também indicaram que as micelas não mudaram de forma após a adição do precursor de metal, que foi uma consideração importante.
A microscopia eletrônica de transmissão também foi usada para uma caracterização visual das micelas.
A difração de raios X de baixo ângulo forneceu informações detalhadas sobre os poros; confirmou que as aberturas eram uniformes em tamanho e compactadas e sugeriram que as partículas eram puramente metálicas.
A espectroscopia de fotoelétrons de raios-X confirmou o estado do elétron da superfície do ródio.
Os pesquisadores também obtiveram conhecimento sobre o mecanismo atômico que contribuiu para a formação da estrutura mesoporosa.
A espectroscopia de absorção ultravioleta vis sugeriu que os íons metálicos dissolvidos se coordenam com a superfície da micela e impulsionou a nucleação do precursor de ródio.
O estudo descobriu que as nanopartículas retiveram sua forma e estrutura em temperaturas de até 400 ° C e teriam um bom desempenho como catalisador para a remoção de óxido de nitrogênio do escapamento de queima pobre contendo altas concentrações de O2.
