Investigadores de la Escuela de Química de la Universidad de Nottingham han realizado un descubrimiento significativo en el campo de la nanotecnología al observar el ciclo completo de vida de nanopartículas de paladio en un entorno líquido. Este estudio, que se publica en la revista Nanoscale, ofrece nuevas perspectivas sobre la catálisis, un proceso fundamental en diversas industrias químicas.
El Dr. Jesum Alves Fernandes, destacado experto en el área, mencionó que los mecanismos de catálisis que involucran paladio han sido objeto de debate durante años, especialmente debido a la confusión entre los catalizadores homogéneos (en solución) y los heterogéneos (en la superficie de nanopartículas) a escala nanométrica. Este avance podría facilitar el desarrollo de catalizadores más eficientes para reacciones críticas en la búsqueda de un futuro con emisiones netas de carbono cero, como la reducción de dióxido de carbono y la síntesis de amoníaco. Además, este conocimiento podría ser clave para el reciclaje y reutilización de metales preciosos como el paladio, cuya disponibilidad global está disminuyendo rápidamente.
Oscilaciones químicas: un fenómeno inexplorado
La investigación revela que las nanopartículas de paladio pueden alternar entre dos modos de catálisis, lo que representa un avance importante para la química moderna. Las oscilaciones químicas, aunque comunes en procesos biológicos, son raras en sistemas artificiales. Comprender estos fenómenos podría ayudar a desentrañar misterios de la naturaleza, desde transiciones de caos a orden hasta patrones en los pelajes de los animales y el origen de la vida en la Tierra.
El profesor Andrei Khlobystov, líder del grupo de investigación, explicó que su objetivo inicial era estudiar la formación de nanopartículas de paladio en un líquido. Durante la observación con microscopía electrónica de transmisión (TEM), se sorprendieron al ver cómo las nanopartículas emergían de la solución de sal de paladio, creciendo y posteriormente disolviéndose nuevamente. Este ciclo de crecimiento y disolución se repetía, creando patrones complejos en un entorno líquido.
Cuando el proceso se llevó a cabo en un microtubo de nanotubos de carbono, los investigadores pudieron observar la vida de las nanopartículas con un detalle atómico. Este entorno ralentiza el proceso, permitiendo una observación más detallada de las etapas iniciales de nucleación, crecimiento y disolución, revelando formas y estructuras cristalinas que sugieren interacciones complejas con las moléculas del solvente.
El Dr. Will Cull, investigador en la Escuela de Química, destacó que el poder de la microscopía electrónica no solo radica en su capacidad de imagen, sino que también puede alterar el material que se observa. En este caso, la energía del haz de electrones activa reacciones químicas que permiten que los iones de paladio se reduzcan a metal y que el metal se oxide de nuevo a iones, creando un ciclo continuo de crecimiento y contracción de las nanopartículas.
Este hallazgo no solo tiene implicaciones para la mejora de procesos catalíticos, sino que también abre nuevas vías para la investigación en química y en la comprensión de fenómenos naturales. La intersección de la nanotecnología y la ciencia de materiales está cada vez más presente en la búsqueda de soluciones sostenibles para los retos medioambientales a los que nos enfrentamos.
Más información:
Un oscilador químico a nanoescala: formación reversible de nanopartículas de paladio en líquido iónico, Nanoscale (2025). DOI: 10.1039/D4NR04150J
Proporcionado por
Universidad de Nottingham
