p (Phys.org) - Barras de ouro podem significar grande riqueza, mas o metal precioso tem um impacto muito mais prático quando reduzido a apenas bilionésimos de metro. Infelizmente, desbloquear o potencial do ouro muitas vezes requer técnicas de síntese complexas que produzem estruturas delicadas com extrema sensibilidade ao calor. p Agora, cientistas do Laboratório Nacional de Brookhaven do Departamento de Energia dos EUA descobriram um processo de criação de nanopartículas de ouro-índio exclusivamente estruturadas que combinam alta estabilidade, grande potencial catalítico, e um processo de síntese simples. As novas nanoestruturas - detalhadas online em 10 de junho nos Proceedings of the National Academy of Sciences - podem aprimorar muitos processos comerciais e industriais diferentes, inclusive agindo como um material eficiente para conversores catalíticos em automóveis.

p "Descobrimos um processo à temperatura ambiente que transforma uma liga simples em uma nanoestrutura com propriedades notáveis, "disse o físico Eli Sutter, autor principal do estudo. "Ao expor as nanopartículas de liga de ouro-índio ao ar, o oxigênio ambiente foi capaz de conduzir uma reação de oxidação que os converteu em uma estrutura núcleo-casca ativa. "

p Pedaços maiores de ouro mostram a menor reatividade química de todos os metais, mas dividido em nanopartículas discretas, o ouro pode se tornar um catalisador químico altamente ativo. Mas manter o ouro neste estado ativo é um desafio contínuo. Mesmo sob calor moderado, as minúsculas partículas de ouro tendem a sinterizar - fundindo-se em pedaços muito maiores - e perder aquela reatividade crucial. Ligando ouro com outros elementos, Contudo, pode aumentar a durabilidade e reter as qualidades do catalisador - mas apenas se a estrutura for perfeita.

p "Quando vimos essas novas nanopartículas com ouro ao longo de suas conchas amorfas, reconhecemos imediatamente o potencial excepcional do material, "disse o físico e co-autor do estudo Peter Sutter." A presença de ouro embutido nas camadas atômicas mais externas da casca de óxido não apenas nos empolga como cientistas, mas é a chave para a atividade catalítica e maior estabilidade do novo material. "

p Os pesquisadores do Brookhaven Lab estavam estudando os processos de oxidação pelos quais metais e ligas se combinam com o oxigênio quando fizeram a descoberta. Para este estudo, eles examinaram ligas de um metal nobre e um metal não nobre por meio de uma técnica de reação notavelmente simples:dar às nanopartículas de ouro-índio um pouco de espaço para respirar. Uma vez que as nanopartículas da liga metálica foram expostas ao oxigênio, conchas altamente reativas de óxido de ouro-índio se formaram em suas superfícies.

p "A sabedoria convencional diria que a oxidação deve empurrar os átomos de ouro para o centro enquanto puxa o índio menos nobre para a superfície, criando um núcleo de metal nobre que é cercado por uma casca de óxido de índio não reativo, "Peter Sutter disse." Em vez disso, o oxigênio realmente penetrou na liga. Após a oxidação, o núcleo da liga das nanopartículas foi encapsulado por uma camada fina recém-formada de óxido de ouro e índio misturado. "

p O aprisionamento do ouro no invólucro de óxido amorfo retém suas propriedades catalíticas e evita que o ouro se sinterize e se torne inerte. As novas nanoestruturas provaram ser capazes de converter oxigênio e monóxido de carbono em dióxido de carbono, demonstrando sua atividade como catalisador.

p "O índio e o ouro na casca não são móveis, mas estão congelados no amorfo, óxido, "Eli Sutter disse." Mais importante, a integridade estrutural se mantém sem sinterização em temperaturas de até 300 graus Celsius, tornando-os notavelmente resistentes em comparação com outros nanocatalisadores de ouro. "

p A pesquisa foi realizada no Brookhaven Lab's Center for Functional Nanomaterials (CFN), cujas instalações exclusivas para síntese e caracterização em nanoescala provaram ser centrais para a descoberta deste novo processo.

p "O CFN reúne uma ampla gama de instrumentos de última geração e experiência sob o mesmo teto, acelerando a pesquisa e facilitando a colaboração, "Eli Sutter disse." Usamos microscopia eletrônica de transmissão para caracterizar as estruturas e sua composição, espectroscopia de fotoelétrons de raios-X para determinar a ligação química na superfície, e espectroscopia de espalhamento de íons para identificar os átomos mais externos da casca das nanopartículas. "

p Outras investigações ajudarão a determinar as propriedades das partículas de óxido de ouro-índio em diferentes reações catalíticas, e o mesmo processo de oxidação será aplicado a outras ligas metálicas para criar uma família inteira de novos materiais funcionais.