p (Phys.org) - Os catalisadores de superfície são notoriamente difíceis de estudar mecanicamente, mas cientistas da University of South Carolina e da Rice University mostraram como obter informações de reação em tempo real de nanocatalisadores de Ag que há muito frustram as tentativas de descrever seu comportamento cinético em detalhes. p A chave para o sucesso da equipe foi preencher uma lacuna de tamanho que representou um grande abismo para os pesquisadores no passado. Para serem eficazes como nanocatalisadores, metais nobres como Au, Pt, Pd e Ag normalmente devem ser nanopartículas menores que 5 nm, diz Hui Wang, um professor assistente de química e bioquímica na Carolina do Sul que liderou a equipe em colaboração com Peter Nordlander, da Rice University.

p Infelizmente, 5 nm está abaixo do limite de tamanho no qual a ressonância de plasmon pode ser efetivamente aproveitada. A ressonância de plasma é um fenômeno que dá origem a um aumento dramático na interferência de sinais eletromagnéticos, que é a base de técnicas analíticas, como espectroscopia Raman de superfície aprimorada (SERS).

p A capacidade de utilizar o poder analítico da ressonância de plasmon em um nanomaterial requer nanopartículas maiores, "pelo menos dezenas de nanômetros de diâmetro, ", diz Wang. A incompatibilidade dos dois regimes de tamanho há muito impedia o uso de uma série de técnicas espectrais baseadas na ressonância de plasmon - SERS é apenas uma - em nanocatalisadores de metal nobre abaixo de 5 nm.

p Mas, como acabaram de relatar em Nano Letras , Wang e sua equipe conseguiram combinar o melhor dos dois mundos.

p Começando com nanopartículas cuboidais com cerca de 50 nm de largura e 120 nm de comprimento, eles gravaram quimicamente superfícies planas de uma forma que gerou superfícies curvas, a criação de nanopartículas que catalisaram com sucesso uma reação de hidrogenação de superfície modelo. De acordo com a equipe, a catálise é o resultado da substituição de átomos de baixa energia na superfície plana por átomos expostos após a corrosão.

p "Se você tem uma superfície plana, o número de coordenação de cada átomo da superfície é oito ou nove, "diz Wang de suas nanopartículas, que tinha uma superfície de puro Ag antes do ataque. "Mas se você tem alguns passos atômicos em uma superfície, o número de coordenação diminuirá. Esses átomos expostos são mais ativos. "

p A superfície escalonada do nanomaterial gravado, portanto, imita o ambiente de uma nanopartícula sub-5 nm:mais exposta, os átomos da superfície ativa podem participar da catálise.

p E a catálise está em uma nanopartícula com atividade plasmônica, que os pesquisadores mostraram que pode ser "ajustado" variando a forma e o tamanho das nanopartículas. A equipe demonstrou a capacidade de converter cubóides (algo como uma haste curta, mas com lados quadrados em vez de redondos) no que eles denominaram "nanorice" e "nanodumbbells" por meio de dois tipos diferentes de corrosão química. As duas formas tinham propriedades plasmônicas distintas que podiam ser variadas interrompendo a corrosão em diferentes estágios para criar diferentes tamanhos e formas de arroz e halteres em nanoescala.

p Essa atividade plasmônica pode ser aproveitada para SERS e outras técnicas analíticas para estudar as reações catalíticas em grande detalhe à medida que ocorrem.

p "A espectroscopia Raman é extremamente poderosa, com informações sobre impressões digitais moleculares - você pode ver as estruturas, você pode dizer como as moléculas são orientadas na superfície, "Diz Wang." Se você quiser usar GC, HPLC, ou especificação de massa, você tem que danificar uma amostra, mas aqui você pode monitorar a reação em tempo real.

p "E há muito mais informações com essa abordagem. Por exemplo, identificamos o intermediário ao longo da via de reação. Com essas outras abordagens, é muito difícil fazer isso. "