Os catalisadores são onipresentes, seja na forma de uma enzima no corpo que digere os alimentos ou do conversor catalítico no carro que decompõe os poluentes. Os catalisadores desempenham um papel importante em tornar as reações químicas mais eficientes. Recentemente, nanoclusters de metal atomicamente precisos (NCs) que podem acelerar várias térmicas, eletroquímico, e reações fotoquímicas têm sido usadas para projetar catalisadores úteis. Essas NCs são partículas minúsculas (menos de 2 nanômetros) cujas propriedades podem ser modificadas pela alteração de sua composição atômica. Os NCs de metal têm recebido atenção considerável, com cientistas tentando encontrar várias maneiras de sintetizar NCs com funções exclusivas.

Uma forma popular de fabricar NCs de metal atomicamente precisas é usar ligantes (moléculas ou íons que se ligam a um núcleo de metal central). Esses ligantes não apenas protegem os minúsculos NCs, mas também afetam sua reatividade química e seletividade. As vezes, Contudo, a reatividade é menor do que o esperado.

Para aumentar a atividade catalítica de NCs de metal protegidos por ligante, eles são aquecidos em um forno a altas temperaturas sem oxigênio (um processo denominado "calcinação") para remover os ligantes do aglomerado principal. Contudo, aquecer as partículas em temperaturas muito altas pode fazer com que os NCs se acumulem, frequentemente levando a uma diminuição da reatividade. “Quando os ligantes são removidos sem tratamento especial, os NCs de metal agregam-se facilmente no suporte e perdem suas propriedades específicas de tamanho. É essencial compreender o mecanismo de calcinação do ligante para criar catalisadores heterogêneos altamente funcionais sob condições adequadas, "diz o Prof. Yuichi Negishi da Universidade de Ciência de Tóquio, Japão, que pesquisa a síntese de nanoclusters.

Em um novo estudo publicado em Angewandte Chemie , O Prof. Negishi liderou uma equipe de pesquisadores, incluindo o professor assistente Tokuhisa Kawawaki, Sr. Yuki Kataoka, Sra. Momoko Hirata, e o Sr. Yuki Akinaga, para aprofundar o mecanismo do processo de remoção de ligante em NCs. Para seus experimentos, os pesquisadores sintetizaram NCs de ouro protegidos por dois ligantes, 2-feniletanotiolato e ácido mercaptobenzóico e então os apoiou em um óxido de metal fotocatalítico. Próximo, a equipe aqueceu o material preparado em diferentes temperaturas, variando de 195 graus C a 500 graus C. Após cada etapa, eles analisaram os produtos usando técnicas como espectroscopia infravermelha, Espectroscopia de fotoelétrons de raios-X, e microscopia eletrônica de transmissão para identificar as mudanças em sua composição química.

Depois que os ligantes foram completamente liberados, a equipe incorporou os NCs de ouro em uma fina película de óxido de cromo irradiando a amostra com luz ultravioleta para evitar a agregação dos NCs. Este processo gerou um fotocatalisador com propriedades úteis, como alta atividade de divisão de água e estabilidade.

Essas descobertas orientam o projeto de catalisadores de metal à base de NC no futuro, com aplicações na geração de hidrogênio para células a combustível de hidrogênio. "Com a nossa pesquisa, esperamos construir um ambiente limpo, sustentável, sociedade, um tijolo de cada vez, "conclui o Prof. Negishi.