I nano-cristalli di platino, che hanno sostituito le minuscole gemme tagliate finemente, hanno mostrato di essere dei potenti catalizzatori per condurre reazioni chimiche.

Il platino, in varie forme, ha molti utilizzi nella catalisi delle reazioni chimiche. Nelle automobili, per esempio, i convertitori catalitici usano particelle di platino per trasformare il nocivo ossido di azoto negli innocui ossigeno e azoto.

Tuttavia, da quando il platino è più prezioso dell’oro, trovare il modo per massimizzare la reattività di ogni grammo di metallo è diventato un importante obiettivo di ricerca. Per questa ragione gli scienziati hanno creato, in passato, vari tipi di nano-cristalli di platino: a forma di cubo, sfera e piramide e hanno testato le loro proprietà.

Ora un gruppo di ricercatori, guidato da Shi-Gang Sun, della Xiamen University in China e Zhong Lin Wang, del Georgia Institute of Technology, negli Stati Uniti, ha sviluppato un nano-cristallo con 24 facce che ha mostrato la superficie più reattiva prodotta fino ad oggi.

Gli scienziati hanno usato la tecnica dell’elettrodeposizione, che consiste nel far correre un campo elettrico attraverso una soluzione contenente platino, per far attaccare il metallo su una superficie di carbonio e far crescere, gradualmente, un cristallo.

Aggiustando la quantità di tempo necessaria per la loro formazione, i ricercatori sono stati in grado di controllare la grandezza dei cristalli, variando da un minimo di 50 a un massimo di 200 nanometri di diametro. Applicando un campo elettrico di 10 volte al secondo, hanno anche forzato i cristalli a crescere a forma di tetraesaedri, con 24 facce uguali. Una forma di questo tipo è rara in natura e si è rivelata dare dei cristalli chimicamente molto attivi.

Questo succede per il modo in cui gli atomi si posizionano all’interno del cristallo. Su ogni faccia di un cristallo a forma di cubo, gli atomi si dispongono su un piano piatto. Sulle facce triangolari di un tetraesaedro, gli atomi non sono in grado di formare una superficie liscia e si sistemano, invece, in modo irregolare, simile a dei microscopici scalini.

I ricercatori sono stati capaci di visualizzare questi scalini, che sono alti un atomo e profondi due o tre, usando un microscopio elettronico a scansione (TEM). La disposizione irregolare fa sì che gli atomi siano anche legati più debolmente ai loro vicini, cosa che aumenta ulteriormente la loro reattività.

Con la stessa superficie, il nano-cristallo a 24 facce catalizza le reazioni con etanolo, da due a quattro volte più i fretta delle nano-sfere di platino. Se si considera il peso, però, non si comportano altrettanto bene. Tuttavia i ricercatori hanno affermato che, se potessero rimpicciolire ancora di più i tetraesaedri,  si potrebbero superare significativamente le prestazioni di altri nano-catalizzatori.

Secondo Wang, la maggiore capacità di ossidare le sostanze chimiche, come l’etanolo, può avere un grande impatto sullo sviluppo delle celle a idrogeno, che usano il platino per ossidare i composti e generare elettricità. “Se stiamo andando verso un’economia basata sull’idrogeno, ci sarà presto bisogno di catalizzatori migliori” ha affermato Wang. “Questa nuova forma per i nano-catalizzatori di platino aumenta di molto la loro attività”.    

Il nuovo studio è “una conquista nella sintesi dei nano-catalizzatori” ha commentato Daniel Feldheim dell’Università del Colorado di Boulder, negli Stati Uniti. Aggiungendo che, se i ricercatori trovassero il modo di fare dei nano-catalizzatori usando gli ossidi di metallo, invece il puro metallo, potrebbero ottenere dei catalizzatori ancora più reattivi e tagliare i costi di produzione.   

Journal reference: Science (vol 316, p 732)

Mason Inman