Nanoclusters de ouro revelam o papel potencial do Magnetic Spin na eficiência catalítica

Recentemente, uma equipe de pesquisadores do Hefei Institutes of Bodily Science of the Chinese language Academy of Sciences (CAS) removeu consecutivamente o átomo mais interno e o elétron mais externo de uma nanopartícula de ouro – sem perturbar sua estrutura geral. Essa manipulação precisa lhes permitiu investigar como a rotação magnética do materials influencia sua atividade catalítica.

O trabalho, liderado pelo Prof. Wu Zhikun em colaboração com o Prof. Yang do Instituto de Engenharia de Processos, CAS e Prof. Tang, da Universidade Chongqing, foi publicado em Avanços científicos.

Nanoclusters de ouro – partículas pequenas compostas de algumas a centenas de Átomos de ouro– são modelos ideais para estudar como a estrutura atômica afeta Propriedades do materials. Mas ajustar a estrutura de tais aglomerados Atom pelo Atom, especialmente quando são relativamente grandes e complexos, tem sido um grande desafio.

Para superar esse problema, a equipe desenvolveu um novo método de síntese usando uma mistura de ligantes de tiol e iodo para estabilizar um cluster de ouro com várias cascas: (AU₁₂₇EU₄(TBBT)₄₈), onde o TBBT é uma molécula volumosa contendo enxofre. Então, introduzindo tióis adicionais, eles foram capazes de “arrancar” o átomo de ouro único no centro da estrutura – como remover uma ervilha do meio de uma boneca de ninho – sem queda as conchas circundantes. Isso criou um novo cluster estável: Au1₂₆EU₄(TBBT)₄₈que é diamagnético.

Além disso, ao oxidar cuidadosamente essa estrutura, os pesquisadores criaram uma terceira versão: (AU1₂₆EU₄(TBBT)₄₈)⁺que recuperou o paramagnetismo. De fato, a equipe demonstrou a capacidade de alterar com precisão o estado magnético do materials, removendo consecutivamente um átomo e um elétron – um nível de controle raramente alcançado em nanomateriais.

Usando esta série de clusters, os pesquisadores conseguiram estudar como a distribuição de rotação magnética mudou em toda a estrutura. Eles descobriram que a densidade de rotação mudou para fora quando o átomo central foi removido e a partícula foi oxidada. Ainda mais interessante, os giros tendiam a se concentrar mais nos átomos de iodo do que nos átomos de enxofre, indicando que a rotação poderia desempenhar um papel importante na ajuste das propriedades catalíticas.

Para testar essa idéia, a equipe avaliou o quão bem cada versão do nanocluster de ouro poderia catalisar a redução do dióxido de carbono para monóxido de carbono– Uma reação do crescente interesse na pesquisa de energia limpa. A versão diamagnética (AU₁₂₆EU₄) alcançou quase 100% de eficiência faradaica em uma tensão relativamente baixa, superando suas contrapartes paramagnéticas. Esse resultado apóia fortemente a idéia de que a rotação magnética desempenha um papel significativo na catálise.

“Nossas descobertas fornecem informações importantes sobre como a rotação influencia o comportamento catalítico”, disse o Prof. Wu. “Isso pode abrir novas estratégias para projetar materiais multifuncionais no nível atômico”.