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E possível mapear diferentes elementos em escala nanométrica
Os cientistas usaram uma técnica química em uma mistura de metais para potencialmente reduzir o custo das células de combustível usadas em carros elétricos e reduzir as emissões nocivas dos veículos convencionais.
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História de Química
Cientistas usam química para inovação em energia limpa e ganharam o prêmio Nobel
Os pesquisadores traduziram uma técnica biológica, que ganhou o Prêmio Nobel de Química 2017, para revelar a química em escala atômica em nanopartículas metálicas. Estes materiais são um dos catalisadores mais eficazes para sistemas de conversão de energia, tais como células de combustível. É a primeira vez que esta técnica tem sido para este tipo de pesquisa. As partículas têm uma geometria complexa em forma de estrela e este novo trabalho mostra que as bordas e cantos podem ter diferentes químicas que podem agora ser ajustadas para reduzir o custo de baterias e conversores catalíticos. O Prêmio Nobel de Química de 2017 foi concedido a Joachim Frank, Richard Henderson e Jacques Dubochet por seu papel no pioneirismo da técnica de reconstrução de partículas individuais. Esta técnica de microscopia eletrônica revelou as estruturas de um grande número de vírus e proteínas, mas geralmente não é usada para metais.Agora, uma equipe da Universidade de Manchester, em colaboração com pesquisadores da Universidade de Oxford e da Universidade Macquarie, construiu a técnica ganhadora do Prêmio Nobel para produzir mapas tridimensionais elementares de nanopartículas metálicas, consistindo de apenas alguns milhares de átomos.
Publicado na revista Nano Letters , sua pesquisa demonstra que é possível mapear diferentes elementos em escala nanométrica em três dimensões, contornando os danos às partículas estudadas.
As nanopartículas de metal são o principal componente de muitos catalisadores, como os usados para converter gases tóxicos em escapamentos de automóveis. Sua eficácia é altamente dependente de sua estrutura e química, mas por causa de sua estrutura incrivelmente pequena, os microscópios eletrônicos são necessários para fornecer imagens. No entanto, a maioria das imagens é limitada a projeções bidimensionais.
"Temos investigado o uso de tomografia no microscópio eletrônico para mapear distribuições elementares em três dimensões por algum tempo", disse a professora Sarah Haigh, da Escola de Materiais da Universidade de Manchester. "Normalmente, giramos a partícula e tiramos as imagens de todas as direções, como uma tomografia computadorizada em um hospital, mas essas partículas estavam danificando muito rapidamente para permitir que uma imagem 3D fosse construída. Os biólogos usam uma abordagem diferente para imagens em 3D. e decidimos explorar se isso poderia ser usado em conjunto com técnicas espectroscópicas para mapear os diferentes elementos dentro das nanopartículas."
"Como a 'reconstrução de partículas individuais', a técnica funciona imaginando muitas partículas e assumindo que todas elas são idênticas em estrutura, mas organizadas em diferentes orientações relativas ao feixe de elétrons. As imagens são então alimentadas em um algoritmo de computador que produz uma saída tridimensional. reconstrução."
No presente estudo, o novo método de imagem química 3-D tem sido usado para investigar nanopartículas metálicas de platina-níquel (Pt-Ni).
O principal autor, Yi-Chi Wang, também da School of Materials, acrescentou: "As nanopartículas à base de platina são um dos materiais catalíticos mais eficazes e amplamente utilizados em aplicações como células de combustível e baterias. Nossos novos insights sobre o local 3-D distribuição química poderia ajudar os pesquisadores a projetar melhores catalisadores que são de baixo custo e alta eficiência ".
"Nosso objetivo é automatizar nosso fluxo de trabalho de reconstrução química 3D no futuro", acrescentou o autor Dr. Thomas Slater. "Esperamos que ele possa fornecer um método rápido e confiável de imagens de populações de nanopartículas que é urgentemente necessário para acelerar a otimização de nanopartículas síntese para aplicações de amplo alcance, incluindo sensores biomédicos, diodos emissores de luz e células solares."
FONTE: Scientists use Nobel-prize winning chemistry for clean energy breakthrough