p A superfície das partículas em forma de placa está longe de ser lisa, de acordo com um novo estudo de microscopia eletrônica de transmissão conduzido pelo Pacific Northwest National Laboratory e pela FEI Company.
p (Phys.org) - Nem suave nem desordenado, nanopartículas de gama-alumina são corrugadas com minúsculos poros dentro, de acordo com cientistas do Pacific Northwest National Laboratory. Usando um poderoso microscópio eletrônico de transmissão, a equipe obteve imagens de resolução ultra-alta e dados químicos sobre a superfície da partícula. Eles descobriram que as partículas estavam cobertas por sulcos feitos de uma forma mais aberta, ainda simétrico, arranjo de átomos. O arranjo aberto nas superfícies, notado como (110), cobre 70% da nanopartícula. p Compreendendo a estrutura e função de minúsculas partículas de gama-alumina, os cientistas estão tomando medidas cruciais para otimizar e realizar novas propriedades úteis para esses materiais. "Se pudermos aprender sobre as superfícies, então podemos adaptá-los e torná-los mais eficientes em aplicações catalíticas, "disse o Dr. Libor Kovarik, que liderou o estudo de imagem como parte da Iniciativa de Imagem Química da PNNL.
p Por que é importante:a redução das demandas de energia das refinarias ou das emissões de carros e caminhões exige catalisadores eficientes em materiais de suporte duráveis. O material de suporte deve resistir a mudanças severas de temperatura e pressão. A gama-alumina foi amplamente estudada, mas seu arranjo atômico não foi estabelecido devido ao desafio de obter uma visão detalhada deste material complexo. Descrever com precisão a estrutura atômica é crucial para compreender e aproveitar as melhores propriedades da gama-alumina.
p "A pesquisa catalítica exige esse tipo de pesquisa de imagem química de ponta, "disse o Dr. Charles Peden, um cientista de catálise heterogênea que trabalhou no estudo, e um Diretor Associado do Instituto de Catálise Integrada do PNNL. "As novas imagens extraordinárias do Dr. Kovarik neste microscópio poderoso renderam novas informações sem precedentes sobre um material catalisador de enorme utilidade prática."
p A equipe começou com um novo método de síntese de materiais, e um novo microscópio para obter as imagens e interpretar os dados químicos associados. Com a abordagem de síntese, a equipe produziu partículas em forma de losango de gama-alumina, Al
2 O
3 , que tinham 30 a 50 nanômetros de diâmetro e 10 a 20 nanômetros de espessura. A equipe cravejou a superfície das partículas de alumina com nanopartículas catalíticas de platina.
p Eles colocaram essas partículas de catalisador em uma grade e dentro de uma célula especializada. A célula foi então colocada em um microscópio que usa um feixe de elétrons, ao invés de luz, para obter imagens. Este instrumento é um microscópio eletrônico de transmissão com correção de aberração esférica e detector de campo escuro anular de alto ângulo. A equipe operou o microscópio, ou TEM, em dois modos diferentes, contraste de fase e varredura. Desta maneira, eles obtiveram imagens tridimensionais detalhadas que podiam ser abertas com um software especializado, gerando visualizações totalmente novas.
p "A microscopia eletrônica de transmissão é a única técnica que pode fornecer a visualização direta deste material complexo. Embora a espectroscopia forneça uma riqueza de informações sobre o ambiente de ligação química dos átomos nessas superfícies, apenas TEM pode nos dar uma visão direta e revelar as características estruturais finas das superfícies do material, "disse Kovarik.
p A equipe descobriu que a superfície das partículas estava corrugada em nível atômico. A superfície é significativamente alterada durante a síntese, com 70% da superfície relativamente plana, referido como (110), transformando-se em um arranjo mais aberto de pequenas saliências em forma triangular com (111) facetas.
p Cortando as imagens TEM abertas, a equipe descobriu poros dentro das partículas semelhantes a placas. Os poros oblongos, cerca de 2 a 4 nanômetros de largura, foram espalhados por todo o material. Surpreendentemente, as superfícies dentro dos poros não têm a mesma estrutura que aquelas nas superfícies externas das partículas.
p "Assim que você puder ver e entender um sistema complexo, você pode gerar uma base de tempo para controlar esse sistema, "disse o Dr. Louis Terminello, que lidera a Chemical Imaging Initiative no PNNL.
p Ver a superfície ondulada e os poros oblongos dentro das partículas de alumina dá aos pesquisadores pistas para adaptar a gama-alumina e outros tipos de partículas de suporte do catalisador. Este trabalho faz parte de um esforço maior para elucidar a estrutura eletrônica e atômica de catalisadores e materiais de armazenamento de energia.
