p Um tipo emergente de nanopartículas de liga se mostra mais estável, durável do que nanopartículas de elemento único. p Os catalisadores são parte integrante de inúmeros aspectos da sociedade moderna. Ao acelerar importantes reações químicas, os catalisadores apoiam a fabricação industrial e reduzem as emissões prejudiciais. Eles também aumentam a eficiência em processos químicos para aplicações que variam de baterias e transporte a cerveja e sabão em pó.

p Por mais importantes que sejam os catalisadores, a maneira como funcionam costuma ser um mistério para os cientistas. Compreender os processos catalíticos pode ajudar os cientistas a desenvolver catalisadores mais eficientes e econômicos. Em um estudo recente, cientistas da University of Illinois Chicago (UIC) e do Laboratório Nacional de Argonne do Departamento de Energia dos EUA (DOE) descobriram que, durante uma reação química que muitas vezes degrada rapidamente os materiais catalíticos, um certo tipo de catalisador exibe estabilidade e durabilidade excepcionalmente altas.

p Os catalisadores neste estudo são nanopartículas de liga, ou partículas nanométricas compostas de vários elementos metálicos, como cobalto, níquel, cobre e platina. Essas nanopartículas podem ter várias aplicações práticas, incluindo divisão de água para gerar hidrogênio em células de combustível; redução do dióxido de carbono pela captura e conversão em materiais úteis como o metanol; reações mais eficientes em biossensores para detectar substâncias no corpo; e células solares que produzem calor, eletricidade e combustível de forma mais eficaz.

p Neste estudo, os cientistas investigaram nanopartículas de liga de "alta entropia" (altamente estáveis). A equipe de pesquisadores, liderado por Reza Shahbazian-Yassar na UIC, usou o Centro de Materiais em Nanoescala (CNM) da Argonne, uma instalação de usuário do DOE Office of Science, para caracterizar as composições das partículas durante a oxidação, um processo que degrada o material e reduz sua utilidade em reações catalíticas.

p "Usando microscopia eletrônica de transmissão de fluxo de gás (TEM) na CNM, podemos capturar todo o processo de oxidação em tempo real e em alta resolução, "disse o cientista Bob Song da UIC, um dos principais cientistas do estudo. "Descobrimos que as nanopartículas de liga de alta entropia são capazes de resistir à oxidação muito melhor do que as partículas de metal em geral."

p Para realizar o TEM, os cientistas embutiram as nanopartículas em uma membrana de nitreto de silício e fizeram fluir diferentes tipos de gás através de um canal sobre as partículas. Um feixe de elétrons sondou as reações entre as partículas e o gás, revelando a baixa taxa de oxidação e a migração de certos metais - ferro, cobalto, níquel e cobre - às superfícies das partículas durante o processo.

p "Nosso objetivo era entender como os materiais de alta entropia reagem rapidamente com o oxigênio e como a química das nanopartículas evolui durante essa reação, "disse Shahbazian-Yassar, Professor de engenharia mecânica e industrial da UIC na Faculdade de Engenharia.

p De acordo com Shahbazian-Yassar, as descobertas feitas nesta pesquisa podem beneficiar muitas tecnologias de armazenamento e conversão de energia, como células de combustível, baterias de lítio-ar, supercapacitores e materiais catalisadores. As nanopartículas também podem ser usadas para desenvolver materiais resistentes à corrosão e de alta temperatura.

p "Esta foi uma vitrine de sucesso de como os recursos e serviços da CNM podem atender às necessidades de nossos colaboradores, "disse Yuzi Liu de Argonne, um cientista da CNM. "Temos instalações de última geração, e queremos oferecer ciência de ponta também. "