p Pesquisadores do HZB em cooperação com a Humboldt-Universitaet zu Berlin fizeram uma observação surpreendente:eles estavam investigando a formação de nanopartículas de ouro em um solvente e observaram que as nanopartículas não se distribuíram uniformemente, mas, em vez disso, foram automontados em pequenos grupos. p Isso foi determinado usando Dispersão de Raios-X de Pequeno Ângulo (SAXS) em BESSY II. Um exame completo com um microscópio eletrônico (TEM) confirmou o resultado. "A pesquisa sobre esse fenômeno está em andamento porque estamos convencidos de que tais nanoclusters se prestam como catalisadores, seja em células de combustível, na divisão fotocatalítica da água, ou para outras reações importantes em engenharia química ", explica o Dr. Armin Hoell do HZB. Os resultados acabaram de aparecer em duas revistas acadêmicas internacionais revisadas por pares.

p “O que há de especial no novo processo é que ele é extremamente simples e funciona com um solvente ecologicamente correto e barato”, explica o professor Klaus Rademann do HU Berlin. O solvente na verdade consiste em dois pós que se esperaria encontrar antes na agricultura do que em um laboratório de pesquisa:um suplemento na ração para galinhas (cloreto de colina, também conhecido como vitamina B), e uréia. Colegas britânicos descobriram há alguns anos que a mistura dos dois pós forma um líquido transparente capaz de dissolver óxidos metálicos e metais pesados, denominado solvente eutético profundo (DES). Os pesquisadores em Berlim então posicionaram acima da folha de ouro solvente que eles poderiam bombardear com íons de gás nobre a fim de destacar átomos individuais de ouro. Foi assim que as nanopartículas se formaram inicialmente e se distribuíram no solvente.

p Dois resultados surpreendentes:Nanopartículas permanecem pequenas e formam aglomerados

p Quanto mais tempo durasse o bombardeio (crepitação) da folha de ouro, quanto maiores as nanopartículas podem se tornar, os cientistas raciocinaram. Contudo, não foi esse o caso:as partículas pararam de crescer a cinco nanômetros. Em vez de, um número crescente de nanopartículas formadas ao longo de tempos de sputtering mais longos. A segunda surpresa:essas nanopartículas não se distribuíram uniformemente no líquido, mas, em vez disso, se auto-organizaram em pequenos grupos ou clusters que podem consistir em até doze nanopartículas.

p Esses tipos de observações não podem ser facilmente feitos sob um microscópio, claro, mas exige, em vez disso, um indireto, abordagem estatística:"Usando espalhamento de raios-X de baixo ângulo em BESSY II, não fomos apenas capazes de determinar que todas as nanopartículas têm cerca de cinco nanômetros de diâmetro, mas também meça quais são as separações entre eles. A partir dessas medições, descobrimos que as nanopartículas se organizam em grupos ", explica Hoell.

p Imagem coerente por simulações, espalhamento de pequeno ângulo e microscopia eletrônica

p "Executamos modelos de computador com antecedência de como as nanopartículas poderiam se distribuir na solução para entender melhor os resultados da medição, e então comparou os resultados da simulação com os resultados do espalhamento de raios-X de baixo ângulo ", explica o Dr. Vikram Singh Raghuwanshi, que trabalha como pós-doutorado no HU Berlin e também no HZB. Uma imagem do microscópio eletrônico de transmissão criogênica que os colegas do HU prepararam confirmou suas descobertas. “Mas não poderíamos ter alcançado esse resultado usando apenas microscopia eletrônica, uma vez que só pode exibir detalhes e seções do espécime ", Hoell enfatizou. "A dispersão de raios-X de pequeno ângulo é indispensável para medir tendências e médias gerais!"

p Solvente é crucial

p É óbvio para os pesquisadores que o solvente DES especial desempenha um papel importante neste processo de auto-organização:várias interações entre os íons do solvente e as partículas de ouro resultam primeiro nas nanopartículas atingindo apenas alguns milhares de átomos de tamanho, e em segundo lugar, que eles se atraem mutuamente um pouco - mas apenas fracamente - de modo que os pequenos aglomerados surgem. "Nós sabemos, Contudo, que esses tipos de pequenos aglomerados de nanopartículas são especialmente eficazes como catalisadores para as reações químicas que desejamos:já foi demonstrado um aumento de muitas vezes na velocidade da reação devido apenas ao arranjo das partículas ", diz Rademann.

p Pesquisa sobre desempenho catalítico planejada

p Dr. Raghuwanshi dará uma palestra sobre esses resultados, bem como fornecer uma prévia das abordagens de pesquisa de catálise agora planejadas, na conferência internacional, IUCr2014, ocorrendo de 5 a 12 de agosto de 2014 em Montreal, Canadá.

p No ano que vem, O HZB será, aliás, um dos anfitriões da 16ª Conferência Internacional de Dispersão de Pequeno Ângulo, SAS2015.