Kleine metalen nanodeeltjes worden in veel reacties als katalysator gebruikt, van het raffineren van chemicaliën tot het produceren van polymeren en biobrandstoffen. Hoe goed deze nanodeeltjes presteren als katalysatoren voor deze reacties, hangt af van welke van hun kristalvlakken worden blootgesteld.

Maar eerdere pogingen om deze nanodeeltjes te ontwerpen door hun vorm te veranderen, zijn mislukt omdat de structuren onstabiel zijn en terugkeren naar hun evenwichtsvorm.

Nutsvoorzieningen, Onderzoekers van het Institute for Catalysis in Energy Processing van de Northwestern University hebben een nieuwe strategie ontdekt voor het fabriceren van metalen nanodeeltjes in katalysatoren die belooft de selectiviteit en opbrengst voor een breed scala aan structuurgevoelige katalytische reacties te verbeteren. Het team, geleid door Laurence D. Marks, hoogleraar materiaalkunde en techniek aan de McCormick School of Engineering and Applied Science, ontdekten dat ze nanodeeltjes konden ontwerpen door de draagstructuur van het deeltje te ontwerpen.

"In plaats van te proberen de nanodeeltjes te construeren, we hebben het substraat ontworpen waarop het nanodeeltje zit, "Zei Marks. "Dat verandert welke gezichten worden blootgesteld." Hun resultaten werden in februari gepubliceerd in het tijdschrift Nano-letters .

Deze oplossing was een beetje een ontdekking:het team maakte de nanodeeltjesmonsters, ontdekten dat ze hun vorm niet veranderden (zoals de wetten van de thermodynamica ervoor zorgden dat eerder ontworpen nanodeeltjes dat deden), vervolgens uit te zoeken hoe het werkte. Het blijkt dat epitaxie - de relatie tussen de positie van de atomen in het nanodeeltje en de positie van de atomen op het substraat - belangrijker was bij het ontwerpen dan eerder werd gedacht.

Het team test momenteel de nanodeeltjes in een katalytische reactor, en de eerste resultaten zien er veelbelovend uit, zegt Mark. De nanodeeltjes lijken stabiel genoeg om de ontberingen van langdurig gebruik als katalysatoren te overleven.

"Het opent de deur naar het ontwerpen van betere katalysatoren, " zei Marks. "Deze methode kan worden gebruikt met een verscheidenheid aan verschillende metalen nanodeeltjes. Het is een nieuwe strategie, en het kan een zeer grote impact hebben."