Een grote internationale samenwerking, waaronder ANSTO, heeft met succes zeer poreuze rhodium-nanodeeltjes gesynthetiseerd die kunnen worden gebruikt als een effectievere katalysator voor voertuigen.

De mesoporeuze rhodium nanodeeltjes, geproduceerd met behulp van een zachte sjabloon en eenvoudige oplossingschemie, waren thermisch stabiel tot 400°C en drie tot vier keer effectiever dan normale katalysatoren.

Mesoporeuze nanodeeltjes worden gebruikt als katalysatoren om de vervuiling door uitlaatgassen van voertuigen te verminderen door giftige gassen en verontreinigende stoffen om te zetten in minder giftige verontreinigende stoffen.

Het onderzoek heeft de potentie om de hoeveelheid vervuiling veroorzaakt door auto's en vrachtwagens aanzienlijk te verminderen.

De studie, geleid door Bo Jiang en Prof Yusuke Yamauchi van het National Institute of Materials Science en Waseda University in Tokyo en de University Wollongong, werd vandaag gepubliceerd in Natuurcommunicatie .

Professor Yamauchi zei dat de poreuze rhodium-nanodeeltjes de luchtvervuiling in steden over de hele wereld drastisch kunnen verbeteren.

Kleine hoek neutronenverstrooiing (SANS) werd uitgevoerd op het Quokka-instrument in het Australian Centre for Neutron Scattering door Dr. Katy Wood en Dr. Md Shahriar Hossain, Senior Research Fellow van de Universiteit van Wollongong, om de micellen in oplossing te karakteriseren in twee stadia van het vijfstapsproces.

Onderzoekers van de Waseda University in Japan, Bilkent Universiteit in Turkije, en Bangabandhu Sheik Mujibur Rahaman Agricultural University in Bangladesh droegen ook bij aan het onderzoek.

Groeiende metalen in harde sjablonen, zoals mesoporeuze silica, was eerder bereikt, maar er zijn weinig meldingen geweest van de synthese van mesoporeuze rhodiumkatalysatoren.

Het gebruik van een zachte sjabloon wordt beschouwd als een robuust platform om verschillende soorten metalen nanodeeltjes en nanogestructureerde films met uniforme mesoporeuze architectuur te maken,

Synthese door chemische reductie

Omdat rhodium wordt gekenmerkt door stabiele, dicht opeengepakte atomen, het is chemisch minder reactief onder milde omstandigheden.

De onderzoekers hebben deze uitdaging overwonnen door hun selectie van polymeerprecursor, reductiemiddel en mengoplosmiddel.

het polymeer, poly(ethyleenoxide)-b-poly(methylmethacrylaat (PEO-b-PMMA) zelfgeassembleerd tot bolvormige micellen met toevoeging van water.

De micellen fungeren als een zachte maar robuuste sjabloon voor mesoporeuze nanostructuren.

Wanneer een oplossing van Na3RhCl6 werd toegevoegd, samengestelde micellen werden gevormd.

Na het ondergaan van kiemvorming, ze vloeiden samen en groeiden uit tot mesoporeuze rhodium-nanostructuren die met een oplosmiddel konden worden geëxtraheerd.

Karakterisering van de micellen

Omdat de micellen een sjabloon zijn voor de vorming van de nanodeeltjes, de onderzoekers moesten ze volledig karakteriseren in oplossing.

"SANS was in staat om de grootte van de micellen te bepalen, die ongeveer 20 nanometer was, en bevestigen dat ze homogeen waren, goed gevormde bollen, " zei Hout.

"Omdat het polymeermolecuul de poriën definieert, het opent de mogelijkheid om de poriegrootte of andere modificatie te veranderen om het eindproduct af te stemmen, " zei Hout.

Quokka-metingen gaven ook aan dat de micellen niet van vorm veranderden na de toevoeging van de metaalprecursor, wat een belangrijke overweging was.

Transmissie-elektronenmicroscopie werd ook gebruikt voor een visuele karakterisering van de micellen.

Lage hoek röntgendiffractie leverde gedetailleerde informatie over de poriën; bevestigde dat de openingen uniform van grootte en dicht op elkaar waren gepakt en suggereerde dat de deeltjes puur metallisch waren.

Röntgenfoto-elektronenspectroscopie bevestigde de elektronentoestand van het rhodiumoppervlak.

De onderzoekers kregen ook inzicht in het atomaire mechanisme dat heeft bijgedragen aan de vorming van de mesoporeuze structuur.

Ultraviolet-vis absorptiespectroscopie suggereerde dat de opgeloste metaalionen coördineren met het miceloppervlak en de kiemvorming van de rhodiumprecursor aanstuurden.

Uit het onderzoek bleek dat de nanodeeltjes hun vorm en structuur behielden bij temperaturen tot 400 °C en goed zouden presteren als katalysator voor de verwijdering van stikstofoxide uit arme verbrandingsuitlaatgassen die hoge concentraties O2 bevatten.