p Catalisadores, frequentemente nanopartículas de metal, estão envolvidos na produção de mais de 80% dos produtos comerciais, como plásticos, combustíveis e produtos farmacêuticos. Métodos computacionais auxiliam na concepção de catalisadores de nanopartículas consistindo de misturas de metais, chamadas de nanopartículas ligadas, com alta atividade de reação e seletividade. Contudo, a produção de nanopartículas de liga com composição arbitrária em laboratório ainda não existe. De fato, a química fundamental da síntese de nanopartículas em liga permanece um enigma. p Para esse fim, uma equipe de pesquisa da Universidade de Maryland (UMD) liderada por Taylor Woehl, professor assistente do Departamento de Engenharia Química e Biomolecular (ChBE), aplicou um novo método - síntese de microscopia eletrônica de transmissão de fase líquida (LP-TEM) in situ - permitindo uma análise mais detalhada dos processos moleculares e em nanoescala que governam como os metais se misturam em nanopartículas de liga durante a síntese química úmida. Mei Wang, um ChBE Ph.D. Aluna, serviu como primeiro autor do estudo, publicado em ACS Nano .

p "Observamos a formação de nanopartículas feitas de ouro e cobre - catalisadores promissores para a conversão de CO ₂ em moléculas orgânicas valiosas - em tempo real na escala de comprimento nanométrico, "Disse Wang." Com este método, a síntese de nanopartículas é obtida irradiando um precursor líquido com elétrons de alta energia para simular as condições da química úmida. Encontramos condições de síntese de elétrons que imitam de perto a síntese química úmida, o que foi surpreendente, dado que a dose de radiação que a amostra recebe é muitas vezes maior do que em um reator nuclear comercial. "

p Ao descobrir essas condições, os autores garantiram que o que viram com LP-TEM foi representativo do que ocorre durante a síntese química úmida na bancada. Simulações de reação mostraram que ligantes orgânicos na solução, normalmente usado para controlar o tamanho e a estabilidade das nanopartículas, proteger a solução de reação de ser danificada pelos elétrons de alta energia.

p Uma observação importante no estudo foi que a presença de um ligante orgânico foi crítica para combinar ouro e cobre em nanopartículas de liga bem misturadas.

p "Descobrimos que o ligante permitiu a formação de liga por ligação covalente ao ouro e cobre para formar íons complexos, "disse Woehl. Imagens de resolução atômica e espectrometria de massa mostraram que os íons complexos foram convertidos em espécies intermediárias na reação de síntese, chamados de aglomerados de pré-enucleação. Encontramos esses clusters, cada um consistindo de alguns átomos de ouro e cobre, foram essenciais para a formação de uma liga. "

p As espécies intermediárias então reunidas em nanocristais com uma composição semelhante. Esta via de formação de nanocristais é diferente da imagem clássica de átomos individuais se congregando em uma nanopartícula.

p Os autores descobriram que os ligantes orgânicos desempenham um papel secundário importante de encorajar a formação de aglomerados pré-enucleação contendo átomos de ouro e cobre. Essas descobertas sugerem que o controle sobre os intermediários do cluster de metal é a chave para a síntese de catalisadores de nanopartículas em liga.