Nueva investigación abre camino a mejores catalizadores 2D

Por Amelia OS

(Última Actualización: marzo 10, 2018)

Publicado a las 01:55 PM CST en Oct 07,2017 | Actualizado a las 01:55 PM CST en Oct 07,2017


El científico del laboratorio de materiales RICE , Jun Lou, junto con sus colegas del Laboratorio Nacional Los Alamos, desarrolló un método para sondear a través de minúsculas «ventanas» creadas por un rayo de electrones y medir la actividad catalítica del disulfuro de molibdeno, un material 2D que exhibe potencial para aplicaciones que utilizan electrocatálisis para extraer hidrógeno del agua.

Las pruebas preliminares de dos variaciones del material mostraron que la mayor parte de la producción se produce en los bordes de las hojas delgadas. Los investigadores publicaron sus resultados este mes en Advanced Materials.

La mayoría del material se encuentra en la superficie, y usted desea que sea un catalizador activo, en lugar de sólo el borde. Si la reacción sólo ocurre en el borde, se pierde el beneficio de tener toda la superficie proporcionada por una geometría 2D. Jun Lou, Materials Scientist, Rice University

Los investigadores ya eran conscientes de que los bordes de los materiales 2D son donde se produce la acción catalítica, por lo que cualquier información que ayude a maximizarla es apreciada, dijo Lou.

Estamos usando esta nueva tecnología para identificar los sitios activos que han sido pronosticados por la teoría «, dijo. «Hubo alguna prueba indirecta de que los sitios al borde son siempre más activos que los planos basales, pero ahora tenemos pruebas directas.»

Los microchips portadores de sonda construidos en Los Alamos y la técnica formulada por Lou y el autor principal Jing Zhang, investigador postdoctoral de Rice, allanan el camino para una rápida selección de prometedores candidatos a la reacción a la evolución del hidrógeno entre los materiales 2D.

El laboratorio examinó copos de disulfuro de molibdeno con diferentes estructuras cristalinas llamadas como «1T primo» (o octaédrico distorsionado) y 2H (Prismático trigonal). Son básicamente el mismo material con la misma composición química, pero las posiciones de sus átomos son diferentes «, dijo Lou. «1T Prime es metálico y 2H es un semiconductor.»

Dijo que hasta ahora los investigadores han establecido experimentalmente que el 1T Prime más conductivo era catalítico a lo largo de su superficie total, pero el estudio de Rice probó que no era del todo exacto. «Nuestros resultados mostraron que el borde de ataque 1T es siempre más activo que el plano basal. Fue un nuevo descubrimiento «, dijo.

Después de formar las escamas a través de la deposición química de vapor, Zhang utilizó una técnica de evaporación por haz de electrones para depositar los electrodos para separar las escamas. A continuación, integró un termoplástico transparente, una capa aislante de poli (metacrilato de metilo), y quemó un patrón de «ventanas» en el material inerte a través de la litografía e-beam. Esto permitió al equipo explorar tanto los planos basales como los bordes del material 2D, o sólo los bordes específicos, con una resolución submicrón.

Las 16 sondas del chip cuadrado fabricado en Los Álamos pulsan la energía hacia las escamas a través de las ventanas. Cuando se forma el hidrógeno, escapa como un gas pero roba un electrón del material. Esto genera una corriente que se puede medir a través de los electrodos. Las sondas pueden ser dirigidas por separado o todas a la vez, permitiendo a los Investigadores obtener datos para muchos sitios en una sola escama o de numerosas escamas.

Ahora existe un incentivo para utilizar la fuerza de este material -su superficie- como catalizador. Esta va a ser una técnica de cribado muy buena para acelerar el desarrollo de materiales 2D. Jun Lou, Materials Scientist, Rice University

Las pruebas rápidas ayudarán a los investigadores a modificar sus materiales microscópicos de manera más eficiente para aprovechar al máximo la actividad catalítica de los planos basales.

Los coautores son los investigadores postdoctorales de Rice, Jingjie Wu y Hua Gao, los estudiantes graduados Weibing Chen y Jiangtan Yuan, y Pulickel Ajayan, el profesor Benjamin M. y Mary Greenwood Anderson de ingeniería y un profesor de ciencias de los materiales y nanoingeniería, química y química e ingeniería biomolecular; y Los Alamos Researchers Ulises Martinez, G. Lou es profesor de Ciencia de Materiales y Nanoingeniería.

La investigación fue apoyada por la Oficina de Investigación Científica de la Fuerza Aérea y la Fundación Welch.


Fuentes & Referencias

azonano.comNew Research Paves Way for Better 2D Catalysts

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