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Su ACSNano lo studio sull'effetto del monossido di carbonio sulle nanoparticelle di platino

22 Febbraio, 2017

Compresi gli effetti indotti sui nanocatalizzatori di platino dal monossido di carbonio

I catalizzatori nanostrutturati offrono una superficie esposta molto ampia per le reazioni chimiche, e quindi permettono di ottenere la stessa efficienza dei catalizzatori standard con una quantità di materiale molto minore. Ciò è molto conveniente in termini di ingombro e soprattutto di costo, se si considera che i più efficienti catalizzatori sono basati su materiali preziosi. Inoltre, nel mondo delle nanostrutture le proprietà dei materiali presentano aspetti nuovi e molto diversi da quelli cui siamo abituati su grandi scale: pregi e difetti quindi tutti da comprendere.

Combinando avanzatissime tecniche sperimentali e accurati calcoli basati sulla meccanica quantistica, si è giunti a capire gli effetti sulle nanoparticelle di platino causati dall’esposizione al monossido di carbonio, uno dei principali gas impiegati come ingrediente per importanti reazioni di sintesi e conversione chimica nei moderni sistemi catalitici. I nanocatalizzatori oggetto dello studio (aggregati di atomi, da poche unità a qualche decina) sono stati ottenuti per autoassemblaggio su un substrato di grafene. Il grafene, cresciuto su una superficie monocristallina di iridio, forma una struttura di Moirè sulla quale ordinatamente si dispongono i nanoaggregati, la cui grandezza e forma si possono controllare con ottima precisione. Lo studio ha evidenziato come la presenza della fase gassosa induca profondi cambiamenti strutturali sulle nanoparticelle, dovuti alla coordinazione delle molecole di monossido di carbonio con i molti siti attivi disponibili su queste nanostrutture. I nanoaggregati più piccoli subiscono un processo di complessa ristrutturazione e diventano conseguentemente mobili, dando luogo a fenomeni di coalescenza che fanno degradare il catalizzatore. Inoltre, la maglia di grafene viene pure coinvolta nel processo, per cui ai fenomeni di diffusione partecipa addirittura il sottostante supporto metallico di iridio. Insomma, piccolo è … sorprendente!

Il lavoro, frutto della collaborazione tra il gruppo sperimentale guidato dal dr. Erik Vesselli e il gruppo teorico della prof.ssa Maria Peressi, entrambi del Dipartimento di Fisica, con l’aiuto del collega prof. Giovanni Comelli, dei dott. Nicola Podda, Carlo Dri, dei dottorandi Zhijing Feng, Manuel Corva (Nanotecnologie) e Fatema Mohamed (Fisica), nonché di collaboratori stranieri, è stato recentemente pubblicato sulla prestigiosa rivista internazionale ACS Nano.

Va ricordato il supporto del Consorzio CERIC, del MAECI (Progetto di Grande Rilevanza con l’Argentina), dell’ICTP, e di questo Ateneo attraverso il FRA 2015 e l’accordo con il CINECA per le risorse di calcolo ad alte prestazioni.

Informazioni editoriali:
Experimental and Theoretical Investigation of the Restructuring Process Induced by CO at Near Ambient Pressure: Pt Nanoclusters on Graphene/Ir(111)
Nicola Podda, Manuel Corva, Fatema Mohamed, Zhijing Feng, Carlo Dri , Filip Dvorák, Vladimir Matolin, Giovanni Comelli, Maria Peressi, and Erik Vesselli
ACS Nano, 2017, 11 (1), pp 1041–1053
http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsnano.6b07876