p As nanopartículas podem ser usadas de várias maneiras como catalisadores. Para ser capaz de adaptá-los de tal forma que eles possam catalisar certas reações de forma seletiva e eficiente, os pesquisadores precisam determinar as propriedades de partículas individuais com a maior precisão possível. Até aqui, um conjunto de muitas nanopartículas é analisado. Contudo, o problema dessas investigações é que as contribuições de diferentes partículas interferem, para que as propriedades das partículas individuais permaneçam ocultas. Pesquisadores da Ruhr-Universiät Bochum em cooperação com colegas da Universidade de Duisburg-Essen e da Universidade Técnica de Munique desenvolveram um novo método para observar nanopartículas individuais antes, durante e após uma reação eletroquímica. Eles descrevem o processo no diário Angewandte Chemie , publicado em 16 de abril de 2019. p Observando o ciclo de vida completo

p "Para compreender de forma abrangente a atividade catalítica de uma nanopartícula, temos que observar como sua estrutura e composição mudam - do pré-catalisador ao catalisador ativo e, eventualmente, até a condição após a reação, "explica o professor Wolfgang Schuhmann, chefe do Centro de Ciências Eletroquímicas. "É por isso que desenvolvemos a partícula no bastão."

p Os pesquisadores cultivaram uma nanopartícula de catalisador na ponta de um nanoeletrodo de carbono, posteriormente ativou-o e usou-o para catalisar uma reação eletroquímica. Ao contrário das abordagens anteriores, o novo método possibilitou à equipe observar o ciclo de vida completo da partícula.

p Fabricando a partícula no bastão

p Na primeira etapa, os químicos modificaram o nanoeletrodo de carbono de modo que a partícula preferencialmente se fixe na ponta do eletrodo. Subseqüentemente, eles mergulharam a ponta do eletrodo em uma solução, que continha os materiais precursores do catalisador. Depois disso, esses componentes são montados automaticamente, em última análise, produzindo uma partícula simétrica, em que os elementos constituintes - o cobalto metálico, bem como os componentes carbonáceos orgânicos - estavam uniformemente distribuídos.

p O grupo analisou a forma das partículas por meio da microscopia eletrônica de transmissão. Com uma forma especial de espectroscopia de raios-X, os pesquisadores determinaram a distribuição elementar dentro da partícula. Eles repetiram essas análises após cada etapa para monitorar como a partícula mudou.

p Nanomontagem estável de eletrodo e partícula

p Na etapa seguinte, os pesquisadores usaram o aquecimento para desencadear a decomposição dos compostos orgânicos e a formação de uma matriz de carbono com nanopartículas de cobalto incorporadas muito pequenas. É assim que o material real cataliticamente ativo foi formado na ponta do nanoeletrodo.

p Após, os químicos usaram a partícula como um catalisador para a produção de oxigênio da água por meio da eletrólise. A nanopartícula teve um desempenho excelente e atingiu taxas de renovação, que são comparáveis ​​aos dispositivos de eletrólise industriais.

p "Para nós, foi ainda mais importante ver que a nanomontagem do eletrodo e da partícula era estável o suficiente para um exame de acompanhamento após a catálise, "diz Wolfgang Schuhmann. A análise revelou que as partículas sofreram uma reestruturação considerável durante a reação. Dessa forma, o método torna possível monitorar as mudanças de um catalisador em taxas de rotação muito altas.

p Os pesquisadores não puderam apenas determinar a atividade catalítica de uma nanopartícula individual com sua metodologia, mas eles também podiam monitorar sua forma e composição química durante todo o ciclo de vida - completamente sem a interferência de quaisquer outras partículas.