Nuevas propiedades catalíticas del oro a escala atómica

Investigadores del Instituto de Tecnología Química, centro mixto del CSIC y la Universidad Politécnica de Valencia, han mostrado como el control del tamaño de unas pequeñísimas agrupaciones o clústeres de oro (de 5 a 10 átomos) aumentaba excepcionalmente su capacidad catalizadora. El trabajo aparece publicado esta semana en la revista Nature Chemistry.

Los catalizadores son materiales que aceleran las reacciones químicas. El interés actual por el oro como catalizador proviene del descubrimiento, 25 años atrás, de que el oro podía ser un catalizador eficaz a escala nanométrica, especialmente por su capacidad de catalizar reacciones a temperaturas bajas y ambiente.

Anteriormente, el oro había sido considerado como inactivo catalíticamente. La actividad catalítica del oro depende del tamaño y forma de la partícula, aumentando su reactividad cuanto más pequeño es su diámetro.

Hasta ahora, apenas se había podido investigar la actividad catalítica del oro en partículas con un diámetro inferior a un nanómetro debido a las limitaciones de las técnicas tradicionales de espectroscopia y microscopia. Sin embargo, recientes avances en sistemas de microscopia de transmisión de electrones con aberración corregida (STEM) han permitido el obtener imágenes a resolución atómica.

Avelino Corma, profesor de investigación del CSIC en el Instituto de Tecnología Química, explica que “hemos podido aislar átomos de oro en nanotubos de carbono y estudiado su comportamiento en la oxidación de tiofenol a disulfuro con oxígeno. Siguiendo la evolución del catalizador durante la reacción, hemos podido observar tres cosas: que los átomos aislados no son activos y se agregan en condiciones de reacción en clústeres de oro de bajo atomicidad, y que los clústeres de oro de 5 a 10 átomos son extremadamente activos para la reacción».

«Y tercero –añade–, que cuando estas agrupaciones de átomos se convierten en nanopartículas de diámetro mayor que un nanómetro la actividad del catalizador se reduce a cero. Creemos que es la agrupación del oro en microclústeres de entre 5 y 10 átomos con un diámetro inferior un nanómetro lo que lo convierte en un excelente catalizador”.

La eficacia de las nanoestructuras de oro como elemento catalítico sobre diversas reacciones químicas podría ser de suma importancia para diversos sectores industriales como la industria química, la medioambiental, la automovilística, la petroquímica o el sector energético. “Creemos que nuestro trabajo contribuye a un mayor entendimiento de la Química de nanopartículas y permitirá el desarrollo de sistemas de catálisis por oro más eficaces” concluye Corma.

En este trabajo, liderado por el CSIC, también han participado investigadores de la Universidad de Texas (EEUU), la Universidad de Sonora (México), la Universidad de Santiago de Compostela, la Universidad Politécnica de Cataluña, el Laboratorio de Luz de Sincrotrón ALBA de Barcelona y el Instituto de Nanociencia de Aragón de la Universidad de Zaragoza.

Referencias bibliográficas:

Avelino Corma, Patricia Concepción, Mercedes Boronat, María J. Sabater, Javier Navas, Miguel José Yacamán, Eduardo Larios, Álvaro Posadas, M. Arturo López-Quintela, David Buceta, Ernest Mendoza, Gemma Guilera y Álvaro Mayoral. «Exceptional oxidation activity with size controlled supported gold clusters of low atomicity» CSIC. DOI: 10.1038/nchem.1721. Agosto de 2013