As nanopartículas variam em tamanho de 1 a 100 nanômetros e, em comparação com as partículas usuais, são conhecidas por possuírem características únicas que são cada vez mais utilizadas no diagnóstico de câncer, no desenvolvimento de pequenos dispositivos eletrônicos e baterias solares, bem como em muitas outras esferas.



Em seu novo artigo publicado na Physical Review B , pesquisadores da Skoltech revelaram que as propriedades catalíticas das nanopartículas bimetálicas – quando um material acelera ou atrasa uma reação química sem ser consumido pela reação – podem ser ajustadas enquanto a estrutura da nanopartícula é alterada.

A partir de agora, de maior interesse são as partículas bimetálicas núcleo-casca, nas quais o núcleo e a casca consistem em metais diferentes. Os pesquisadores estudaram três tipos de nanopartículas:Cu-core/Au-shell, Au-core/Cu-shell e partículas de liga bimetálicas homogêneas de AuCu. Ao contrário das partículas núcleo-invólucro, a estrutura das partículas bimetálicas usuais não é ordenada.

"Observamos como diferentes proporções núcleo-invólucro podem alterar os estados eletrônicos na superfície. Essas mudanças têm impacto na capacidade de ligação entre uma nanopartícula e uma molécula de CO. Concluímos que é possível dobrar a energia de adsorção - mais precisamente, quimissorção, que é uma ligação química entre átomos, moléculas de gases e a superfície do cristal ou nanopartícula - em relação a um metal puro através do ajuste fino da proporção núcleo-invólucro na nanopartícula", disse o cientista pesquisador Ilya Chepkasov do Material Discovery Laboratory, principal autor do estudo.

O estudo envolveu várias etapas e utilizou a teoria do funcional da densidade. Na primeira etapa, a equipe usou nanopartículas de 2 nanômetros para construir partículas núcleo-invólucro com diferentes proporções núcleo-invólucro e analisou como a carga superficial mudava dependendo da proporção. Posteriormente, os pesquisadores calcularam a adsorção de moléculas de CO e O na superfície das nanopartículas e demonstraram como as propriedades de adsorção das nanopartículas podem ser alteradas através da variação da carga superficial associada ao ajuste fino de sua estrutura.

"Revelamos padrões fundamentais que serão usados ​​posteriormente para desenvolver modelos baseados em IA para previsão eficaz da adsorção e propriedades catalíticas de nanopartículas bimetálicas, ao mesmo tempo em que realizamos triagem de alto rendimento para novos materiais com propriedades específicas", acrescentou o professor Alexander Kvashnin do Energy Transition. Center, o chefe da pesquisa.

Os resultados provam que o ajuste fino da estrutura das nanopartículas ajuda a encontrar as propriedades catalíticas necessárias das nanopartículas, o que ajudará a controlar o catalisador. A relevância prática reside na melhoria da purificação de gases – por exemplo, para limpar gases técnicos de CO altamente tóxico e torná-los mais seguros.

Mais informações: Ilya V. Chepkasov et al, Ajuste baseado em estrutura de adsorção de O e CO em nanopartículas de AuCu:Um estudo de teoria funcional de densidade, Physical Review B (2023). DOI:10.1103/PhysRevB.108.205414
Informações do diário: Revisão Física B

Fornecido pelo Instituto Skolkovo de Ciência e Tecnologia