p No Karlsruhe Institute of Technology (KIT), os cientistas estudaram nanopartículas de céria com a ajuda de moléculas de sonda e um sistema de medição infravermelho de vácuo ultra-alto complexo e obtiveram novos insights sobre sua estrutura de superfície e atividade química. Seu trabalho é relatado em três artigos publicados na revista.
Angewandte Chemie . p Óxidos de cério, compostos de oxigênio e cério de metal de terras raras, estão entre os óxidos mais importantes para aplicações técnicas. Ceria é usado principalmente em catálise heterogênea, exemplos são conversores catalíticos de gases de escape de automóveis de passageiros, fotocatálise em células solares, rachadura da água, ou a decomposição de poluentes. Ceria, como usado em conversores catalíticos, está na forma de um pó. Ele consiste em partículas em escala nanométrica de estrutura altamente complexa. O arranjo especial dos átomos de metal e oxigênio na superfície determina as propriedades físicas e químicas da céria. Até aqui, Contudo, tem sido impossível analisar com precisão os processos de rearranjo e reconstrução que ocorrem na superfície das nanopartículas.
p No KIT, cientistas do Instituto de Interfaces Funcionais (IFG) sob a direção do Professor Christof Wöll estabeleceram um novo método para estudar propriedades químicas de superfícies de óxidos nos últimos anos. Eles usaram pequenas moléculas, como monóxido de carbono (CO), oxigênio molecular (O2), ou óxido nitroso (N2O), como moléculas de sonda. Essas moléculas se ligam à superfície das nanopartículas de óxido. Então, os pesquisadores determinam as frequências de vibração das moléculas da sonda. "Esta abordagem levou a um grande progresso na compreensão das propriedades de superfície das nanopartículas de cério, "Christof Wöll diz.
p Juntamente com cientistas do Instituto de Pesquisa e Tecnologia de Catálise (IKFT) do KIT, Humboldt-Universität zu Berlin, a Universidade de Udine / Itália, e a Universidade Politécnica da Catalunha em Barcelona / Espanha, os pesquisadores do IFG estudaram vários aspectos da estrutura da superfície e da atividade química das nanopartículas de céria.
p O principal motivo do progresso alcançado é que os pesquisadores conseguiram verificar as frequências de vibração medidas para os pós por meio de medições usando substâncias modelo exatamente definidas. Eles aplicaram um sistema exclusivo de infravermelho a vácuo ultra-alto. Adicionalmente, eles usaram cálculos da mecânica quântica para alocar as bandas de vibração anteriormente desconhecidas das partículas de óxido. Desta maneira, eles ganharam percepções inteiramente novas sobre a química da superfície das nanopartículas de céria.
p Os cientistas provaram que a superfície de uma nanopartícula de céria em forma de barra tem vários defeitos, como nanofacetos em forma de dente de serra, vagas de oxigênio, cantos, e bordas. Essas irregularidades provavelmente levam à alta atividade catalítica dessas nanopartículas. Além disso, os pesquisadores descobriram que a fotorreatividade da céria pode ser aumentada consideravelmente pela geração de vacâncias de oxigênio, isto é, locais de oxigênio desocupados. Outro estudo rendeu informações básicas sobre a posição dos vazios de oxigênio em várias superfícies de céria e sua relevância para a ativação do oxigênio. "Com base em nossas descobertas, podemos agora desenvolver e otimizar sistematicamente conversores catalíticos e fotocatalisadores baseados em céria em escala nanométrica, "Professor Wöll diz.
