Por anos, Partículas estruturadas núcleo-casca foram reconhecidas como catalisadores bem projetados que podem facilitar a atividade de reação devido ao seu sinergismo distinto na interface.

Recentemente, usando uma combinação de métodos in situ, O Dr. Liu Wei e seus colegas do Instituto de Física Química de Dalian (DICP) da Academia Chinesa de Ciências descobriram que a configuração da camada central de um catalisador Ni-Au foi perdida durante a reação real e recuperada posteriormente. A liga de Ni-Au como superfície ativa real pode ser observada apenas por meio de microscopia in situ. Os resultados foram publicados em Catálise Natural .

Nanopartículas de metal com suporte podem mudar de tamanho, estrutura, e composição de superfície ativa sob condições de reação, funcionando assim de forma diferente do que o esperado.

Quanto às nanopartículas de núcleo-casca - um dos catalisadores heterogêneos mais populares - é aceito que suas propriedades catalíticas derivam da sinergia da eletrônica e da geometria entre o núcleo e a camada de casca.

Contudo, falta de evidência direta in situ visualizando a coordenação / arranjo atômico localizado durante reações reais impede nossa compreensão do mecanismo real de estrutura-atividade e funcionalidade de núcleo-casca.

Os pesquisadores do DICP descreveram a superfície catalítica real de um catalisador bimetálico de Ni-Au. Sem caracterização in situ, não mostrou nenhuma diferença de qualquer outra catálise core-shell relatada. Sua alta seletividade de CO (> 95%) (Fig. 1b) pode ser atribuído à camada de Au ultrafina bem controlada (cerca de dois átomos de espessura), já que um catalisador de níquel sempre produz metano.

Contudo, usando microscopia eletrônica de transmissão ambiental para visualizar diretamente o processo dinâmico no nível atômico (Fig. 1a), os pesquisadores revelaram que a estrutura núcleo-concha não contribuiu em nada para a reatividade porque o Ni-Au núcleo-concha cineticamente se transformou em uma liga de Ni-Au durante a reação e reverteu dramaticamente para a configuração núcleo-concha após a reação (Fig. 1c) .

Esta descoberta foi bem apoiada por resultados de várias técnicas in situ, incluindo espectroscopia de raios-X síncrotron e espectroscopia infravermelha, bem como simulações teóricas.

Essa descoberta sobre nanopartículas de núcleo-casca derruba nosso entendimento convencional. Como resultado, os pesquisadores podem começar a questionar se os catalisadores core-shell estão realmente na estrutura core-shell sob condições de trabalho ou não. A descoberta dessa transformação oculta também indica que os esforços para sintetizar estruturas núcleo-casca podem ser desnecessários em algumas reações.