Hvordan nanopartikler giver elektroner væk

Hvad enten det er i katalytiske processer i den kemiske industri, miljøkatalyse, nye typer solceller eller nye elektroniske komponenter, nanopartikler er overalt i moderne produktions- og miljøteknologier, hvor deres unikke egenskaber sikrer effektivitet og sparer ressourcer. Nanopartiklernes særlige egenskaber skyldes ofte en kemisk vekselvirkning med det bæremateriale, som de er placeret på. Sådanne interaktioner ændrer ofte nanopartiklernes elektroniske struktur, fordi elektrisk ladning udveksles mellem partiklen og støtten.

Arbejdsgrupper ledet af Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) og universitetet i Barcelona er nu lykkedes med at tælle antallet af elementære ladninger, der går tabt af en platinnanopartikel, når den placeres på en typisk oxidunderstøtning. Deres arbejde bringer muligheden for at udvikle skræddersyede nanopartikler et skridt nærmere.

Et af de vigtigste spørgsmål, som forskere i nanovidenskab har diskuteret i nogen tid nu, er, hvordan nanopartikler interagerer med den støtte, de er placeret på. Det er nu klart, at forskellige fysiske og kemiske faktorer såsom den elektroniske struktur, nanostrukturen og - afgørende - deres interaktion med støtten styrer nanopartiklernes egenskaber. Selvom denne interaktion - specifikt overførsel af elektrisk ladning - allerede er blevet observeret i vid udstrækning, tidligere undersøgelser har ikke undersøgt, hvor meget ladning der overføres, og om der er en sammenhæng mellem overførslen og størrelsen af ​​nanopartikler.

For at måle den elektriske ladning, der udveksles, har det internationale hold af forskere fra Tyskland, Spanien, Italien og Tjekkiet ledet af prof. Dr. Jörg Libuda, professor i fysisk kemi, og Prof. Dr. Konstantin Neyman, Universitetet i Barcelona, forberedt en ekstremt ren og atomisk veldefineret oxidoverflade, hvorpå de placerede platinnanopartikler. Ved at bruge en meget følsom detektionsmetode på Elettra Sincrotrone Trieste var forskerne i stand til at kvantificere effekten for første gang.

Ser man på partikler med forskellige antal atomer, fra flere til mange hundrede, de talte antallet af overførte elektroner og viste, at effekten er mest udtalt for små nanopartikler med omkring 50 atomer. Størrelsen af ​​effekten er overraskende stor:cirka hvert tiende metalatom mister en elektron, når partiklen er i kontakt med oxidet. Forskerne var også i stand til at bruge teoretiske metoder til at vise, hvordan effekten kan kontrolleres, gør det muligt at tilpasse de kemiske egenskaber til bedre at passe til deres tilsigtede anvendelse. Dette ville gøre det muligt at bruge værdifulde råmaterialer og energi mere effektivt i katalytiske processer i den kemiske industri, for eksempel.