Et beskyttende lag påført guldnanopartikler kan øge dets modstandsdygtighed
For første gang har forskere, inklusive dem ved University of Tokyo, opdaget en måde at forbedre holdbarheden af guldkatalysatorer ved at skabe et beskyttende lag af metaloxidklynger. De forbedrede guldkatalysatorer kan modstå en større række fysiske miljøer, end ubeskyttede tilsvarende materialer kan.
Denne fremgang kunne øge katalysatorernes række af mulige anvendelser samt reducere energiforbruget og omkostningerne i nogle situationer. Disse katalysatorer er meget udbredt i industrielle omgivelser, herunder kemisk syntese og produktion af medicin, disse industrier kunne drage fordel af forbedrede guldkatalysatorer.
Forskningen vises i Nature Communications .
Alle elsker guld:atleter, pirater, bankfolk – alle. Det har historisk set været et attraktivt metal til at lave ting som medaljer, smykker, mønter og så videre. Grunden til, at guld fremstår så skinnende og tillokkende for os, er, at det er kemisk modstandsdygtigt over for fysiske forhold, der ellers kunne plette andre materialer:for eksempel varme, tryk, oxidation og andre skader.
Paradoksalt nok vender små guldpartikler i nanoskopiske skalaer denne tendens og bliver meget reaktive, så meget, at de i lang tid nu har været afgørende for at realisere forskellige slags katalysatorer, mellemstoffer, der accelererer eller på en eller anden måde muliggør en kemisk reaktion skal finde sted. Med andre ord, de er nyttige eller nødvendige for at omdanne et stof til et andet, derfor deres udbredte anvendelse i syntese og fremstilling.
"Guld er et vidunderligt metal og er med rette rost i samfundet, og især i videnskaben," sagde lektor Kosuke Suzuki fra Institut for Anvendt Kemi ved University of Tokyo. "Det er fantastisk til katalysatorer og kan hjælpe os med at syntetisere en række ting, herunder medicin.
"Årsagerne til dette er, at guld har en lav affinitet til at absorbere molekyler og også er meget selektiv med hensyn til, hvad det binder med, så det giver mulighed for meget præcis kontrol af kemiske synteseprocesser. Guldkatalysatorer fungerer ofte ved lavere temperaturer og tryk sammenlignet med traditionelle katalysatorer, der kræver mindre energi og reducerer miljøpåvirkningen."
Så godt som guld er, har det dog nogle ulemper. Det bliver mere reaktivt, da der laves mindre partikler af det, og der er et punkt, hvor en katalysator lavet med guld kan begynde at lide negativt under varme, tryk, korrosion, oxidation og andre forhold. Suzuki og hans team troede på, at de kunne forbedre denne situation og udtænkte et nyt beskyttelsesmiddel, der kunne tillade en guldkatalysator at bevare sine nyttige funktioner, men på tværs af en større række fysiske forhold, der normalt hindrer eller ødelægger en typisk guldkatalysator.
"Nuværende guldnanopartikler, der bruges i katalysatorer, har en vis grad af beskyttelse takket være midler som dodecanthioler og organiske polymerer. Men vores nye er baseret på en klynge af metaloxider kaldet polyoxometalater, og den giver langt overlegne resultater, især med hensyn til oxidativ stress ," sagde Suzuki.
"Vi er i øjeblikket ved at undersøge de nye strukturer og anvendelser af polyoxometalater. Denne gang påførte vi polyoxometalater på guldnanopartikler og konstaterede, at polyoxometalater forbedrer nanopartiklernes holdbarhed. Den virkelige udfordring var at anvende en bred vifte af analytiske teknikker til at teste og verificere alt dette. "
Holdet brugte en række forskellige teknikker, samlet kendt som spektroskopi. Den anvendte ikke mindre end seks spektroskopiske metoder, der varierede i den slags information, de afslører om et materiale og dets adfærd. Men generelt fungerer de ved at kaste en eller anden form for lys på et stof og måle med specialiserede sensorer, hvordan lyset ændrer sig på en eller anden måde. Suzuki og hans team brugte måneder på at køre forskellige tests og forskellige konfigurationer af deres eksperimentelle materiale, indtil de fandt, hvad de søgte.
"Vi er ikke kun drevet af at forsøge at forbedre nogle metoder til kemisk syntese. Der er mange anvendelser af vores forbedrede guldnanopartikler, som kunne bruges til gavn for samfundet," sagde Suzuki. "Katalysatorer til at nedbryde forurening (mange benzinbiler har allerede en velkendt katalysator), mindre virkningsfulde pesticider, grøn kemi til vedvarende energi, medicinske indgreb, sensorer for fødevarebårne patogener, listen fortsætter.
"Men vi vil også gå videre. Vores næste skridt vil være at forbedre rækken af fysiske forhold, vi kan gøre guldnanopartikler mere modstandsdygtige over for, og også se, hvordan vi kan tilføje noget holdbarhed til andre nyttige katalytiske metaller som ruthenium, rhodium, rhenium , og selvfølgelig noget folk værdsætter endnu højere end guld:platin."
Flere oplysninger: Ultrastabile og meget reaktive kolloide guld nanopartikelkatalysatorer beskyttet ved hjælp af multi-dentate metaloxidnanoclusters, Nature Communications (2024). DOI:10.1038/s41467-024-45066-9
Journaloplysninger: Nature Communications
Leveret af University of Tokyo
Varme artikler
-
Tøjstof holder dig kølig i varmenI den termiske regulering tekstil, de højt justerede nanofibre fungerer som effektive varmeoverførselsveje. Kredit:Gao et al. ©2017 American Chemical Society (Phys.org) – Forskere har designet et -
Forskere forklarer, hvad der sker, når nanopartikler kollidererEn digital rekonstruktion viser, hvordan atomer i en nanopartikel med krystalfacetter reagerer, når den nanopartikel kolliderer med en anden af lignende form og størrelse i et vakuum. Atomerne blive -
Forskere udvikler ultrafølsomme flow-mikrosensorerTransducering af blodstrømshastighed til elektrisk strøm ved hjælp af en grafen-enkeltmikroelektrodeanordning. Kredit: Naturkommunikation (2021). DOI:10.1038/s41467-021-21974-y Et team af forsker -
Bare tilsæt vand:Hvordan forskerne bruger silicium til at producere brint efter behovDette er et nærbillede af sfæriske siliciumnanopartikler på omkring 10 nanometer i diameter. I Nano bogstaver , UB-forskere rapporterer, at disse partikler kan danne grundlag for nye teknologier, de
- Tilpasninger af en Macaroni Penguin
- Rocketman (og kvinde):Elon og Gwynne, parret, der lavede SpaceX
- Quantum tricks til at afsløre hemmelighederne ved topologiske materialer
- Forskere udvikler værktøj til at hjælpe med udvikling, effektiviteten af brintdrevne biler
- Vil Florida søkøer blive opført som en truet art igen?
- Udstyr behandlet med evigt kemikalier udgør en risiko for brandmænd