p Dando um salto gigante no campo 'minúsculo' da nanociência, uma equipe multi-institucional de pesquisadores é a primeira a criar partículas em nanoescala compostas por até oito elementos distintos geralmente conhecidos por serem imiscíveis, ou incapaz de ser misturado ou misturado. A combinação de múltiplos, elementos não misturáveis ​​em um unificado, nanoestrutura homogênea, chamada de nanopartícula de liga de alta entropia, expande muito a paisagem dos nanomateriais - e o que podemos fazer com eles. p Esta pesquisa representa um avanço significativo em relação aos esforços anteriores que normalmente produziam nanopartículas limitadas a apenas três elementos diferentes e a estruturas que não se misturavam uniformemente. Essencialmente, é extremamente difícil espremer e misturar diferentes elementos em partículas individuais em nanoescala. O time, que inclui pesquisadores líderes da Universidade de Maryland, Escola de Engenharia A. James Clark da College Park (UMD), publicou um artigo revisado por pares com base na pesquisa apresentada na capa de 30 de março de Ciência .

p "Imagine os elementos que se combinam para fazer nanopartículas como blocos de construção de Lego. Se você tiver apenas uma a três cores e tamanhos, então você está limitado por quais combinações você pode usar e quais estruturas você pode montar, "explica Liangbing Hu, professor associado de ciência dos materiais e engenharia da UMD e um dos autores correspondentes do artigo. "O que nossa equipe fez foi essencialmente ampliar o baú de brinquedos na síntese de nanopartículas; agora, somos capazes de construir nanomateriais com quase todos os elementos metálicos e semicondutores. "

p Os pesquisadores dizem que este avanço na nanociência abre grandes oportunidades para uma ampla gama de aplicações que incluem a catálise (a aceleração de uma reação química por um catalisador), armazenamento de energia (baterias ou supercapacitores), e imagem bio / plasmônica, entre outros.

p Para criar as nanopartículas de liga de alta entropia, os pesquisadores empregaram um método de duas etapas de aquecimento instantâneo seguido de resfriamento instantâneo. Elementos metálicos, como platina, níquel, ferro, cobalto, ouro, cobre, e outros foram expostos a um choque térmico rápido de aproximadamente 3, 000 graus Fahrenheit, ou cerca de metade da temperatura do sol, por 0,055 segundos. A temperatura extremamente alta resultou em misturas uniformes dos vários elementos. O resfriamento rápido subsequente (mais de 100, 000 graus Fahrenheit por segundo) estabilizaram os elementos recém-misturados no nanomaterial uniforme.

p "Nosso método é simples, mas um que ninguém mais aplicou para a criação de nanopartículas. Usando uma abordagem de ciência física, em vez de uma abordagem química tradicional, alcançamos algo sem precedentes, "diz Yonggang Yao, um Ph.D. estudante da UMD e um dos autores principais do artigo.

p Para demonstrar um uso potencial das nanopartículas, a equipe de pesquisa os usou como catalisadores avançados para a oxidação da amônia, que é uma etapa fundamental na produção de ácido nítrico (um ácido líquido que é usado na produção de nitrato de amônio para fertilizantes, fazendo plásticos, e na fabricação de tinturas). Eles foram capazes de atingir 100 por cento de oxidação de amônia e 99 por cento de seletividade em relação aos produtos desejados com as nanopartículas de liga de alta entropia, provando sua capacidade como catalisadores altamente eficientes.

p Yao diz que outro uso potencial das nanopartículas como catalisadores pode ser a geração de produtos químicos ou combustíveis a partir do dióxido de carbono.

p "As aplicações potenciais para nanopartículas de ligas de alta entropia não se limitam ao campo da catálise. Com curiosidade interdisciplinar, as aplicações demonstradas dessas partículas se tornarão ainda mais difundidas, "diz Steven D. Lacey, um Ph.D. estudante da UMD e também um dos autores principais do artigo.

p Esta pesquisa foi realizada por meio de uma colaboração multi-institucional do grupo do Prof. Liangbing Hu na Universidade de Maryland, College Park; Grupo do Prof. Reza Shahbazian-Yassar na Universidade de Illinois em Chicago; Grupo do Prof. Ju Li no Instituto de Tecnologia de Massachusetts; O grupo do Prof. Chao Wang na Universidade Johns Hopkins; e o grupo do Prof. Michael Zachariah na Universidade de Maryland, College Park.

p "Isso é incrível; o Dr. Hu criou essa técnica poderosa de forma criativa, síntese de choque térmico-carbo, para produzir ligas de alta entropia de até oito elementos diferentes em uma única nanopartícula. Isso é realmente impensável para a síntese de materiais a granel. Este é mais um belo exemplo de nanociência !, "diz Peidong Yang, o S.K. e Angela Chan, distinta professora de energia e professora de química na Universidade da Califórnia, Berkeley e membro da Academia Americana de Artes e Ciências.

p "Esta descoberta abre muitas novas direções. Existem oportunidades de simulação para entender a estrutura eletrônica das várias composições e fases que são importantes para a próxima geração de design de catalisador. encontrar correlações entre as rotas de síntese, composição, e a estrutura de fase e desempenho permitem uma mudança de paradigma em direção à síntese guiada, "diz George Crabtree, Argonne Distinguished Fellow e diretor do Joint Center for Energy Storage Research no Argonne National Laboratory.