Een beschermende laag aangebracht op gouden nanodeeltjes kan de veerkracht ervan vergroten

Voor het eerst hebben onderzoekers, waaronder die van de Universiteit van Tokio, een manier ontdekt om de duurzaamheid van goudkatalysatoren te verbeteren door een beschermende laag van metaaloxideclusters te creëren. De verbeterde goudkatalysatoren zijn bestand tegen een groter aantal fysieke omgevingen dan onbeschermde gelijkwaardige materialen.

Deze vooruitgang zou het scala aan mogelijke toepassingen van de katalysatoren kunnen vergroten en in sommige situaties het energieverbruik en de kosten kunnen verlagen. Deze katalysatoren worden op grote schaal gebruikt in industriële omgevingen, waaronder de chemische synthese en productie van medicijnen. Deze industrieën zouden kunnen profiteren van verbeterde goudkatalysatoren.

Het onderzoek verschijnt in Natuurcommunicatie.

Iedereen houdt van goud: atleten, piraten, bankiers – iedereen. Het is van oudsher een aantrekkelijk metaal geweest om dingen als medailles, sieraden, munten enzovoort van te maken. De reden dat goud voor ons zo glanzend en aantrekkelijk lijkt, is dat het chemisch bestand is tegen fysieke omstandigheden die anders andere materialen zouden kunnen aantasten: bijvoorbeeld hitte, druk, oxidatie en andere schadelijke gevolgen.

Paradoxaal genoeg keren kleine gouddeeltjes op nanoscopische schaal deze trend echter om en worden ze zeer reactief, zozeer zelfs dat ze al lange tijd essentieel zijn voor het realiseren van verschillende soorten katalysatoren, intermediaire stoffen die een verandering versnellen of op een of andere manier mogelijk maken. chemische reactie plaatsvinden. Met andere woorden, ze zijn nuttig of noodzakelijk om de ene stof in de andere om te zetten, vandaar hun wijdverbreide gebruik bij de synthese en productie.

“Goud is een prachtig metaal en wordt terecht geprezen in de samenleving, en vooral in de wetenschap”, zegt universitair hoofddocent Kosuke Suzuki van de afdeling Toegepaste Scheikunde van de Universiteit van Tokio. “Het is geweldig voor katalysatoren en kan ons helpen een reeks dingen te synthetiseren, waaronder medicijnen.

“De redenen hiervoor zijn dat goud een lage affiniteit heeft voor het absorberen van moleculen en ook zeer selectief is over waar het zich mee bindt, waardoor het een zeer nauwkeurige controle van chemische syntheseprocessen mogelijk maakt. Goudkatalysatoren werken vaak bij lagere temperaturen en drukken vergeleken met traditionele katalysatoren.” katalysatoren, waardoor minder energie nodig is en de impact op het milieu wordt verminderd.”

Hoe goed goud ook is, het heeft ook enkele nadelen. Het wordt reactiever naarmate er kleinere deeltjes van worden gemaakt, en er is een punt waarop een katalysator gemaakt met goud negatief kan gaan lijden onder hitte, druk, corrosie, oxidatie en andere omstandigheden. Suzuki en zijn team geloofden dat ze deze situatie konden verbeteren en bedachten een nieuw beschermend middel waarmee een goudkatalysator zijn nuttige functies kon behouden, maar onder een groter aantal fysieke omstandigheden die een typische goudkatalysator gewoonlijk hinderen of vernietigen.

“De huidige gouden nanodeeltjes die in katalysatoren worden gebruikt, hebben een bepaald niveau van bescherming, dankzij middelen zoals dodecanethiolen en organische polymeren. Maar onze nieuwe is gebaseerd op een cluster van metaaloxiden die polyoxometalaten worden genoemd en biedt veel superieure resultaten, vooral met betrekking tot oxidatieve stress ”, aldus Suzuki.

“We onderzoeken momenteel de nieuwe structuren en toepassingen van polyoxometalaten. Deze keer hebben we de polyoxometalaten toegepast op gouden nanodeeltjes en vastgesteld dat de polyoxometalaten de duurzaamheid van de nanodeeltjes verbeteren. De echte uitdaging was het toepassen van een breed scala aan analytische technieken om dit allemaal te testen en te verifiëren. “

Het team gebruikte verschillende technieken die gezamenlijk bekend staan ​​als spectroscopie. Er werden niet minder dan zes spectroscopische methoden gebruikt, variërend in de soorten informatie die ze onthullen over een materiaal en zijn gedrag. Maar over het algemeen werken ze door een soort licht op een substantie te werpen en met gespecialiseerde sensoren te meten hoe dat licht op de een of andere manier verandert. Suzuki en zijn team hebben maandenlang verschillende tests en verschillende configuraties van hun experimentele materiaal uitgevoerd totdat ze vonden wat ze zochten.

“We worden niet alleen gedreven door het verbeteren van bepaalde methoden voor chemische synthese. Er zijn veel toepassingen van onze verbeterde gouden nanodeeltjes die kunnen worden gebruikt ten behoeve van de samenleving”, aldus Suzuki. ‘Katalysatoren om vervuiling af te breken (veel benzineauto’s hebben al een bekende katalysator), minder impactvolle pesticiden, groene chemie voor hernieuwbare energie, medische interventies, sensoren voor door voedsel overgedragen ziekteverwekkers, de lijst gaat maar door.

“Maar we willen ook verder gaan. Onze volgende stappen zullen zijn het verbeteren van de reeks fysieke omstandigheden waartegen we gouden nanodeeltjes veerkrachtiger kunnen maken, en ook kijken hoe we enige duurzaamheid kunnen toevoegen aan andere nuttige katalytische metalen zoals ruthenium, rhodium en rhenium. , en natuurlijk iets dat mensen nog hoger waarderen dan goud: platina.”