Los físicos han descubierto que las nanopartículas de platino limitan su tamaño y se organizan en patrones específicos cuando se une a la independiente grafeno.
Mientras se muestra este comportamiento, las nanopartículas de platino unidos mantienen una superficie efectiva de funcionar como catalizador de reacciones químicas, un descubrimiento que podría reducir los costos de producción de las células de combustible de platino catalizada.
Un equipo internacional de científicos, liderado por un grupo de investigación de la Universidad de Arkansas, publicó sus hallazgos en la revista ACS Nano , en un documento titulado, "auto-organizados Platinum nanopartículas sobre independiente grafeno."
El estudio fue dirigido por Peng Xu, investigador asociado en el departamento de la física en el J. William Fulbright, Universidad de Artes y Ciencias en la Universidad de Arkansas.
Pilas de combustible catalizada por platino se utilizan para edificios de energía como sustitutos de los motores de combustión interna en vehículos.
"Debido a que el platino es un metal raro, una gran parte del gasto que se dedica a la fabricación de vehículos híbridos está viniendo del platino necesaria para catalizar las pilas de combustible", dijo Paul Thibado, profesor de física en la Universidad de Arkansas.
"Platinum, cuando se coloca sobre superficies sólidas, se difunde para formar partículas aleatorias que crecen sin control, y que limita su capacidad de reacción", dijo. "Por otro lado, autoportante grafeno tiene una superficie muy flexible, y se encontró que, debido a los efectos de deformación local, existe una reducción del 80 por ciento en la cantidad de platino sea necesario para mantener la catálisis eficaz."
La investigación también muestra, por primera vez, que una, de un solo cristal de platino de nanopartículas funcionalmente superior emerge de su aplicación a grafeno.
"Lo que encontramos fue muy emocionante", dijo Thibado. "Es realmente muy especial."
El grafeno, una de los materiales más resistentes, más ligeros y conductores conocidos, es una hoja de un solo átomo de espesor de átomos de carbono. Los electrones se mueven a través de grafito tienen masa y resistencia encuentro, pero los electrones se mueven a través de grafeno tienen masa y por lo tanto se encuentran con mucha menos resistencia. Esto hace que el grafeno un material candidato excelente para las necesidades futuras de energía, así como en la computación cuántica para enormes cálculos con poco consumo de energía.
El grafeno fue descubierto en 2004, y queda mucho por conocer acerca de sus propiedades. El grupo de Thibado utiliza imágenes a escala atómica y la manipulación para avanzar en las aplicaciones tanto de grafeno prístino y químicamente funcionalizado, mediante el desarrollo de una comprensión detallada de sus propiedades electrónicas y mecánicas fundamentales.
El reciente estudio, que se produce principalmente a través de una asociación de investigación entre la Universidad de Arkansas, la Universidad Estatal de Missouri y la Universidad de Amberes, en Bélgica, consistió en la microscopía electrónica de transmisión de alta resolución en combinación con la microscopía de efecto túnel y el estado-of-the-art dinámica molecular computacional. Es una combinación rara vez se ve en la física, dijo Thibado, experto en física experimental de la materia condensada.
Microscopía de efecto túnel, que produce imágenes de los átomos individuales en una superficie, se utiliza para ver el comportamiento de las nanopartículas de platino sobre el grafeno. Los investigadores en Missouri utilizaron microscopia electrónica de transmisión, una técnica en la que un haz de electrones se transmite a través de un material ultra-delgada, para confirmar las propiedades cristalinas.
La fusión de ambas técnicas experimentales con modelos teóricos arrojó un resultado inesperado para los investigadores: la unión del grafeno para las nanopartículas de platino era inusual, según Thibado.
"Debido a que es tan fuerte y flexible, el grafeno normalmente se envuelve alrededor del material que es la vinculación con el", dijo Thibado. "En este caso, la unión con el platino era completamente diferente, más como una pirámide."
Los resultados se obtuvieron a través de un esfuerzo de colaboración con la Universidad de Arkansas de la física a los estudiantes de posgrado Matthew L. Ackerman, Steven D. Barber, Dejun Qi y James Kevin Schoelz, Lifeng Dong de la Universidad Estatal de Missouri, Francois Peeters y Mehdi Neek-Amal de la Universidad de Amberes y Fangfang Xu en la Universidad de Shanghai, en China.
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