p A presença de impurezas de monóxido de carbono (CO) no gás hidrogênio (H ₂ ) pode ter um impacto prejudicial no desempenho das células de combustível. Estudos recentes mostraram que as nanopartículas de ouro - partículas com menos de cinco nanômetros de largura - podem remover cataliticamente as impurezas de CO do H ₂ sob condições de temperatura e pressão amenas. Essa compreensão inovadora ajudou a facilitar o desenvolvimento de veículos com células de combustível que usam tecnologia de processamento de combustível 'a bordo'. Infelizmente, As nanopartículas de ouro tendem a perder sua atividade catalítica após algumas horas de uso - e os cientistas precisam superar esse problema se as nanopartículas de ouro forem usadas. p Ziyi Zhong no Instituto A * STAR de Ciências Químicas e de Engenharia, Ming Lin do Instituto A * STAR de Pesquisa de Materiais e Engenharia e colegas de trabalho identificaram o sutil, transformações estruturais em escala atômica que podem ativar e desativar catalisadores de nanopartículas de ouro, uma descoberta que pode levar a células de combustível de hidrogênio mais duradouras.

p Os pesquisadores decidiram projetar um catalisador melhorado para as chamadas reações de oxidação preferencial (PROX). Esta abordagem transforma as impurezas de CO em dióxido de carbono (CO ₂ ) em um suporte de cerâmica contendo catalisadores de metal. Anteriormente, a equipe descobriu que os suportes à base de sílica, chamado SBA-15, poderia impulsionar a remoção de CO, absorvendo seletivamente o CO ₂ subproduto. Os pesquisadores aproveitaram outra característica do SBA-15 - uma estrutura mesoporosa decorada por grupos terminais de amina - para criar um novo catalisador PROX.

p Primeiro, a equipe usou a modificação de amina para dispersar uma mistura de precursores de óxido de ouro e cobre (II) (CuO) uniformemente sobre o suporte SBA-15. Eles então usaram tratamento de aquecimento para gerar nanopartículas de ouro e CuO no suporte SBA-15. Os numerosos poros em SBA-15 e as partículas de CuO trabalham juntos para impedir a aglomeração de nanopartículas de ouro - uma das principais causas da desativação do catalisador.

p A equipe então alcançou um feito químico quase sem precedentes:caracterização estrutural localizada de seu catalisador em escala atômica, usando microscopia eletrônica de transmissão de alta resolução (HR-TEM) e tomografia eletrônica tridimensional (veja o filme abaixo). Essas técnicas de imagem revelaram que os locais de catalisador ativo - ouro ou nanopartículas de liga de ouro-cobre na vizinhança imediata de CuO amorfo e cristalino - permaneceram estáveis ​​por até 13 horas. Contudo, a atmosfera redutora eventualmente transforma CuO em óxido de cobre (I) e cobre livre; o último dos quais então se liga às nanopartículas de ouro e as desativa. Felizmente, aquecimento para> 300 ° C reverteu o processo de liga e restaurou a atividade do catalisador.

p “As pessoas que trabalham com catálise estão sempre curiosas sobre as 'estruturas locais' de seus materiais, "diz Zhong." Como o catalisador Au-CuO / SBA-15 é ativo à temperatura ambiente, a caracterização avançada em nossas instalações de última geração é possível, embora exija muita paciência e exija colaboração multidisciplinar. "