Onderzoekers, waaronder de Universiteit van Tokio, hebben voor het eerst een manier ontdekt om de duurzaamheid van goudkatalysatoren te verbeteren door een beschermende laag van metaaloxideclusters te creëren. Verbeterde goudkatalysatoren zijn over een groter tijdsbereik bestand tegen fysieke omgevingen dan hun onbeschermde tegenhangers. Dit kan het scala aan mogelijke toepassingen vergroten en in sommige gevallen het energieverbruik en de kosten verlagen. Deze katalysatoren worden veel gebruikt op industriële gebieden zoals de chemische synthese en de farmaceutische productie, die allemaal kunnen profiteren van verbeterde goudkatalysatoren.
Iedereen houdt van goud: atleten, piraten, bankiers - iedereen. Historisch gezien is goud een aantrekkelijk metaal geweest, dat werd gebruikt om medailles, sieraden, munten en meer te maken.
Wat goud zo glanzend en aantrekkelijk maakt, zijn de chemische eigenschappen die bestand zijn tegen fysieke omstandigheden waarin andere materialen kunnen vervagen, zoals hitte, druk, oxidatie en andere schadelijke stoffen.
Paradoxaal genoeg echter, op nanoschaal, gaan kleine gouddeeltjes tegen deze trend in en worden ze zo actief dat ze lange tijd de sleutel zijn geweest tot het realiseren van een verscheidenheid aan katalysatoren, tussensubstanties die chemische reacties versnellen of op een of andere manier tot stand brengen. Met andere woorden: het zijn nuttige of noodzakelijke stoffen voor het omzetten van de ene stof in de andere, en worden daarom op grote schaal gebruikt bij de synthese en productie.
De innovatie achter verbeterde goudkatalysatoren
Kosuke Suzuki, universitair hoofddocent aan de afdeling Toegepaste Scheikunde van de Universiteit van Tokio, zei: "Goud is een magisch metaal dat terecht wordt geprezen in de samenleving, vooral op wetenschappelijk gebied. Goud is een ideaal materiaal voor katalysatoren en kan ons helpen verschillende stoffen, waaronder medicijnen, te synthetiseren. Redenen Omdat goud een lage affiniteit heeft voor het absorberen van moleculen en zeer selectief is voor de stoffen waaraan het zich bindt, maakt het een zeer nauwkeurige controle van het chemische syntheseproces mogelijk. Goudkatalysatoren werken doorgaans bij lagere temperaturen en drukken, vereisen minder energie en hebben minder impact op het milieu dan traditionele katalysatoren."
Hoe goed goud ook is, het heeft enkele nadelen. Hoe kleiner de gouddeeltjes, hoe reactiever het is, en op een gegeven moment beginnen katalysatoren die met goud zijn gemaakt negatief te worden beïnvloed door hitte, druk, corrosie, oxidatie en andere omstandigheden. Suzuki en zijn team dachten dat ze de situatie konden verbeteren en ontwierpen een nieuwe beschermer waarmee goudkatalysatoren hun nuttige functionaliteit konden behouden onder een breder scala aan fysieke omstandigheden die normaal gesproken typische goudkatalysatoren zouden hinderen of vernietigen.
"De gouden nanodeeltjes die momenteel in katalysatoren worden gebruikt, hebben een zekere mate van bescherming, dankzij middelen als dodecanethiol en organische polymeren. Maar onze nieuwe technologie is gebaseerd op een soort metaaloxidecluster, polyoxymetaalzout genaamd, dat veel effectiever is, vooral als het gaat om oxidatieve stress", aldus Suzuki.
"Momenteel onderzoeken we nieuwe structuren en toepassingen van polyoxymetalaten. Deze keer hebben we polyoxymetalaten toegepast op gouden nanodeeltjes en vastgesteld dat polyoxymetalaten de duurzaamheid van de nanodeeltjes verbeterden. De echte uitdaging ligt in het toepassen van verschillende analytische technieken om dit te testen en te verifiëren."
Het onderzoeksteam gebruikte verschillende technieken die gezamenlijk bekend staan als spectroscopie. Ze gebruikten niet minder dan zes spectroscopische methoden, die varieerden in het soort informatie dat ze onthulden over materie en haar gedrag. Maar over het algemeen werken ze door een soort licht op een stof te projecteren en vervolgens gespecialiseerde sensoren te gebruiken om te meten hoe het licht op de een of andere manier verandert. Suzuki en zijn team hebben verschillende maanden verschillende tests en verschillende configuraties van hun experimentele materialen uitgevoerd totdat ze vonden wat ze zochten.
"Ons doel is niet alleen om bepaalde chemische synthesemethoden te verbeteren," zei Suzuki. "Onze verbeterde gouden nanodeeltjes hebben veel toepassingen waar de samenleving profijt van zou kunnen hebben: katalysatoren die vervuiling afbreken (veel benzineauto's hebben al de bekende katalysatoren), pesticiden met een lage impact, groene chemie voor hernieuwbare energie, medische interventies, voedselbronnen, sensoren voor seksuele pathogenen, en de lijst gaat maar door. Maar we willen nog verder gaan. De volgende stappen zullen zijn om de reeks fysieke omstandigheden te verbeteren om de gouden nanodeeltjes beter aanpasbaar te maken, en ook om te kijken hoe we enige duurzaamheid kunnen toevoegen aan andere nuttige katalysatoren." metalen zoals ruthenium, rhodium, renium en natuurlijk iets populairder dan goud: platina."
Samengestelde bron: ScitechDaily