Uma técnica simplificada para fabricar nanocristais de dióxido de cério (CeO2), que têm uma ampla gama de aplicações tecnológicas e industriais, foi demonstrado "inesperadamente" por um químico UNSW.

O estudo conduzido pela UNSW revela que os nanocristais se formam naturalmente quando um material precursor - Cério (IV) - é dissolvido e hidrolisado em água. É a primeira vez que se observa esse processo de formação.

As evidências, relatado em Química - Um Jornal Europeu , poderia simplificar o processo de produção existente, que requer aquecimento e adição de produtos químicos para controlar melhor a forma e o tamanho dos cristais.

"A descoberta mais importante é que o cério (IV) tem uma natureza intrínseca para formar nanocristais de dióxido de cério de tamanho uniforme de aproximadamente dois a três nanômetros em uma solução aquosa via hidrólise, "diz o autor principal, Dr. Atsushi Ikeda-Ohno, da Escola de Engenharia Civil e Ambiental da UNSW.

"Os resultados deste estudo fornecem um conceito básico para simplificar e aliviar o processo de produção e significa que só precisamos ajustar o pH da solução aquosa ... sem aquecimento ou adição de produtos químicos, ", diz ele." Isso poderia economizar dinheiro em custos de energia e ajudar a reduzir o impacto ambiental de todo o processo de produção. "

Os nanocristais de dióxido de cério são formados a partir do elemento de terra rara Cério. Eles são usados ​​como catalisadores para tratar gases perigosos - convertendo vapores tóxicos em emissões menos prejudiciais; como eletrodos em células de combustível; e em protetores solares e cosméticos devido à sua capacidade de absorver altos níveis de radiação UV.

Há um interesse crescente na fabricação desses materiais, dada a sua ampla variedade de aplicações, mas sabe-se relativamente pouco sobre os mecanismos que governam sua formação. Esses mecanismos estão diretamente ligados à capacidade de controlar sua forma e tamanho - recursos que governam a funcionalidade de um cristal.

Uma das maiores barreiras para estudar esses mecanismos de formação tem sido a falta de ferramentas analíticas para fazê-lo in situ, diz Ikeda-Ohno.

Seu estudo foi inicialmente focado na observação do efeito da hidrólise no Cério (IV) e no desenvolvimento de uma estratégia analítica aprimorada, usando uma combinação de ferramentas espectroscópicas, observar e compreender melhor o processo de formação. Mas então algo inesperado aconteceu.

"Quando investiguei pela primeira vez soluções aparentemente transparentes de Cério (IV) em pH diferente usando uma técnica de raios-X, percebi que as soluções não eram compostas de espécies dissolvidas simples ... mas continham partículas coloidais muito pequenas que não são visualmente reconhecíveis, " ele disse.

Depois de aplicar técnicas espectroscópicas e microscópicas adicionais para caracterizar essas partículas misteriosas, ele determinou que eram de fato nanocristais de dióxido de cério.

"Como consequência, conseguimos observar todo o processo de evolução das espécies precursoras em nanocristais de dióxido de cério, "afirma o relatório.

"Neste estudo, demonstrei que uma combinação de técnicas analíticas avançadas, particularmente as técnicas de raios-X baseadas em síncrotron ... fornecem uma ferramenta muito poderosa para sondar a evolução dos nano-cristais de metal in-situ, "diz Ikeda-Ohno.

"Uma compreensão completa do processo de 'evolução' das espécies precursoras para os nano-cristais resultantes possivelmente nos permite adaptar esses materiais às necessidades práticas."

A próxima etapa para realizar a técnica de fabricação baseada em hidrólise é identificar a condição crítica de pH em que os nanocristais começam a se formar. Ikeda-Ohno diz que a abordagem que ele desenvolveu poderia ser usada para esse fim, e também pode ser aplicado a outros nano-cristais de metal.