Científicos ven reacción atomística de nanopartículas intermetálicas

Científicos ven reacción atomística de nanopartículas intermetálicas


La heterointerfaz entre el sustrato de óxido y las nanopartículas (NP) de metales nobles afecta la selectividad y la actividad catalítica en catalizadores heterogéneos. Aunque el proceso no está claro, la fuerte interacción metal-soporte (SMSI) suprime la actividad catalítica. En un artículo reciente publicado en la revista Nano Letterslos autores fabricaron NP intermetálicas de platino (Pt)-titanio (Ti).

Científicos ven reacción atomística de nanopartículas intermetálicas​​​​​​

​​​​​​Estudio: Observación directa del proceso de reacción atomística entre nanopartículas de Pt y TiO2 (110). Crédito: HaHanna/Shutterstock.com

En este estudio, el equipo demostró la impregnación de NP de Pt en el TiO2 Sustrato utilizando microscopía electrónica de transmisión de barrido de resolución atómica (STEM) y espectroscopía de pérdida de energía de electrones (EELS).

Catálisis heterogénea

Las nanopartículas de metales nobles y los óxidos de metales en suspensión se utilizan en catálisis heterogénea para eliminar los gases de escape. La actividad catalítica de las NP depende de la morfología de su superficie y de la naturaleza de los óxidos metálicos de soporte. La oxidación de monóxido de carbono (CO) a un gas detoxificante es una de las aplicaciones industriales del TiO disperso en Pt NP2 catalizadores.

Aunque estos catalizadores son resistentes al calor, el recocido en atmósfera reducida degrada su rendimiento catalítico.

Varios estudios sobre SMSI han informado sobre la encapsulación, impregnación y formación de NP intermetálicas debido a la interacción entre las NP y el óxido metálico. Hasta el momento, no hay informes sobre el mecanismo de degradación de los catalizadores.

NP intermetálicas de Pt-Ti

En el presente estudio, los autores observaron la formación de NP intermetálicas de Pt-Ti soportadas por TiO2 (110) por calentamiento a alto vacío. Además, los resultados experimentales se confirmaron con STEM y EELS.

La composición química y la disposición de los átomos en las NP variaron con la temperatura y el tiempo. A una temperatura de 973 K, los autores encontraron la transformación de NPs de Pt puro en L12 (Pt3Ti) a las dos horas y en L10 (PtTi) a las tres horas. Además, los autores sugirieron que las NP de Pt reaccionan con TiO2 sustrato y formó NP intermetálicas de Pt-Ti por calentamiento en un ambiente reducido.

resultados del estudio

Las imágenes STEM anulares de campo oscuro (ADF) de NP de Pt son más brillantes debido al contraste Z. Con el aumento de la temperatura, el diámetro de las NP de Pt también aumenta gradualmente y mejora la cristalinidad de las NP.

El histograma de las NP de Pt muestra que los diámetros de las NP son 0,8 ± 0,2 nanómetros (durante el crecimiento), 1,1 ± 0,3 nanómetros (673 Kelvin, 1 hora), 1,2 ± 0,3 nanómetros (773 Kelvin, 2 horas) y 2,4 ± 0,8 son nanómetros (973 Kelvin, 3 horas). Además, el diámetro aumentó con el aumento de la temperatura y la cobertura de Pt en TiO2 El área superficial disminuyó, lo que indica un engrosamiento de las NP de Pt.

Las imágenes de ADF STEM sugieren que a temperaturas por debajo de 673 Kelvin, los átomos de Pt se agregaron libremente, mientras que a 773 Kelvin, las NP de Pt exhibieron una estructura cristalina con una red periódica.

Las imágenes ADF STEM mostraron características tales como un anillo de halo menos intenso y difuso en el estado de crecimiento, anillos de halo ligeramente más nítidos con puntos anchos a 673 Kelvin, un anillo de halo desaparecido con puntos nítidos a 773 Kelvin, los puntos nítidos que se separaron de TiO2 a 973 Kelvin.

Los autores estudiaron la química de la heterointerfaz y la estructura electrónica entre las NP de Pt y el TiO2 Sustrato para el que obtuvieron espectros EEL para cada capa mediante escaneo. Los resultados mostraron que Ti-L en la región a granel #12.3 y bordes OK emparejados con rutilo TiO2y el estado de valencia de Ti es 4. Para el número de fondo 2, este es t2g y, por ejemplo, estados de cuatro Ti-L2.3 Los bordes degeneran en dos picos y muestran un desplazamiento hacia arriba de 1 electronvoltio desde el pico t2g original en masa, lo que indica la reducción del estado de valencia de Ti a +3.

Sin embargo, no se detectaron vacantes de oxígeno desde el borde superior. Por lo tanto, se transfirieron electrones adicionales desde TiO2 Superficie Pt NP. En los subterráneos números 3,4 y 5 Ti-L2.3 Se observaron bordes pero ningún borde OK, lo que indica la formación de NP intermetálicas de Pt-Ti.

Para determinar si el NP está en la superficie de TiO2 o impregnado en el mismo, los autores estudiaron cuantitativamente el desplazamiento atómico con respecto a la región a granel. Los resultados mostraron un gran cambio atómico en la superficie de TiO2 (110), en la superficie superior derecha del NP y en la heterointerfaz.

Además, la distancia interatómica entre TiO2 y se dispararon columnas atómicas recién formadas; Por lo tanto, estas nuevas columnas atómicas requerían un cambio en la dirección de [001]TiO2 y el desplazamiento es superior a 120 picómetros. Así mismo el Pt, TiO2y las columnas atómicas de Ti muestran un cambio en la dirección opuesta [001]TiO2.

Conclusión

En resumen, los autores utilizaron STEM y EELS con resolución atómica para demostrar la formación de NP intermetálicas de Pt-Ti y la impregnación de NP en el TiO.2 sustrato mediante calentamiento a alto vacío. Sin embargo, no hay encapsulación de NP por TiO2 fue observado. Los autores propusieron el uso de aleaciones e impregnación de NPs en TiO2 Sustrato para suprimir la actividad catalítica.

referencia

Ishikawa R, Ueno Y, Ikuhara Y y Shibata N (2022) Observación directa del proceso de reacción atomística entre nanopartículas de platino y TiO2 (110), nano letras. https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.2c00929

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