Investigadors de la UB quantifiquen la transferència electrònica en nanopartícules

La recerca mostra que l'efecte és més pronunciat per a les petites partícules que tenen al voltant de 50 àtoms. Imatge dissenyada per Sergey Kozlov i Oriol Lamiel
La recerca mostra que l'efecte és més pronunciat per a les petites partícules que tenen al voltant de 50 àtoms. Imatge dissenyada per Sergey Kozlov i Oriol Lamiel
Recerca
(21/12/2015)

La majoria dels productes tecnològics actuals incorporen nanopartícules de diferents materials, ja siguin en àmbits de producció o mediambientals. De fet, ja es poden trobar en els nous models de cèl·lules fotovoltaiques, en components electrònics avançats o en processos catalítics, entre dʼaltres.

La recerca mostra que l'efecte és més pronunciat per a les petites partícules que tenen al voltant de 50 àtoms. Imatge dissenyada per Sergey Kozlov i Oriol Lamiel
La recerca mostra que l'efecte és més pronunciat per a les petites partícules que tenen al voltant de 50 àtoms. Imatge dissenyada per Sergey Kozlov i Oriol Lamiel
Recerca
21/12/2015

La majoria dels productes tecnològics actuals incorporen nanopartícules de diferents materials, ja siguin en àmbits de producció o mediambientals. De fet, ja es poden trobar en els nous models de cèl·lules fotovoltaiques, en components electrònics avançats o en processos catalítics, entre dʼaltres.

Les propietats úniques de les nanopartícules es poden explotar, per exemple, per maximitzar lʼeficiència i lʼestalvi de recursos. Moltes dʼaquestes propietats sorgeixen de les interaccions químiques amb el material de suport sobre el qual es col•loquen. Aquestes interaccions modi-fiquen lʼestructura electrònica de les nanopartícules a causa de lʼintercanvi dʼelectrons entre la partícula i el suport. Els grups de recerca dirigits pels investigadors Konstantin Neyman, professor ICREA de la Universitat de Barcelona, i Jörg Libuda, professor de la Universitat Friedrich-Alexander dʼErlangen-Nuremberg (Alemanya), han dut a terme un estudi que ha permès determinar per primera vegada la quantitat de càrrega que perd una nanopartícula de platí quan es diposita sobre un suport dʼòxid típic. Aquest treball, publicat a la revista Nature Materials, representa un pas endavant cap al disseny racional de nanopartícules amb propietats confeccionades a mida.

Les interaccions entre nanopartícules i els seus suports han estat àmpliament estudiades per investigadors del camp de la nanociència. Durant les darreres dècades, sʼha establert que les propietats de les nanopartícules depenen de diferents factors, com ara la seva estructura atòmica i electrònica, la seva mida, i la interacció amb un suport. Tot i que la transferència de càrrega ja havia estat observada, la quantitat exacta de càrrega intercanviada i la seva relació amb la mida de partícula eren, fins ara, una incògnita.

Lʼequip internacional dʼinvestigadors, finançat per la Unió Europea i provinents dʼAlemanya, Espanya, Itàlia i la República Txeca, han mesurat la càrrega elèctrica intercanviada entre les partícules de metall i el material de suport. Per fer-ho, han preparat una superfície dʼòxid neta i atòmicament ben definida, en el qual sʼhan col•locat nanopartícules de platí. Utilitzant un mètode de detecció dʼalta sensibilitat al sincrotró Elettra de Trieste, els investigadors van ser capaços de quantificar per primera vegada la transferència electrònica.

Mitjançant lʼestudi de partícules amb diferent nombre dʼàtoms —des de desenes fins a centenars—, es va determinar el nombre dʼelectrons transferits, i es va demostrar que l'efecte és més pronunciat per a les petites partícules que contenen al voltant de cinquanta àtoms. Lʼefecte sobre aquestes partícules és sorprenentment gran: es perd, aproximadament, un electró per cada deu àtoms de metall quan la partícula està en contacte amb lʼòxid. Amb lʼús de mètodes teòrics i de modelització computacional, els investigadors han pogut determinar com es pot controlar lʼefecte, i adaptar així les propietats químiques segons lʼaplicació prevista. Aquest nou coneixement hauria de permetre un ús més eficient de matèries primeres i recursos energètics, com ara en processos catalítics.

Referència de l'article

Y. Lykhach, S. M. Kozlov, T. Skála, A. Tovt, V. Stetsovych, N. Tsud, F. Dvořák, V. Johánek, A. Neitzel, J. Mysliveček, S. Fabris, V. Matolín, K. M. Neyman, J. Libuda. «Counting electrons on supported nanoparticles». Nature Materials, desembre de 2015. Doi: 10.1038/nmat4500