(De gauche à droite) Dr Md Shahriar Hossain, Le professeur Yusuke Yamauchi et le Dr Katy Wood à l'instrument Quokka. Crédit :Organisation australienne pour la science et la technologie nucléaires (ANSTO)
Une grande collaboration internationale, qui comprenait ANSTO, a réussi à synthétiser des nanoparticules de rhodium hautement poreuses qui pourraient être utilisées comme convertisseur catalytique plus efficace pour les véhicules.
Les nanoparticules mésoporeuses de rhodium, produit à l'aide d'un modèle souple et d'une solution chimique simple, étaient thermiquement stables jusqu'à 400°C et trois à quatre fois plus efficaces que les convertisseurs catalytiques normaux.
Les nanoparticules mésoporeuses sont utilisées comme convertisseurs catalytiques pour réduire la pollution des gaz d'échappement des véhicules en convertissant les gaz et polluants toxiques en polluants moins toxiques.
La recherche a le potentiel de réduire considérablement la quantité de pollution causée par les voitures et les camions.
L'étude, dirigé par Bo Jiang et le professeur Yusuke Yamauchi de l'Institut national des sciences des matériaux et de l'Université Waseda de Tokyo et de l'Université Wollongong, a été publié aujourd'hui dans Communication Nature .
Le professeur Yamauchi a déclaré que les nanoparticules poreuses de rhodium pourraient améliorer considérablement la pollution de l'air dans les villes du monde entier.
La diffusion des neutrons aux petits angles (SANS) a été réalisée sur l'instrument Quokka au Centre australien de diffusion des neutrons par le Dr Katy Wood et le Dr Md Shahriar Hossain, Chercheur principal de l'Université de Wollongong, caractériser les micelles en solution à deux étapes du processus en cinq étapes.
Des chercheurs de l'Université Waseda au Japon, Université de Bilkent en Turquie, et l'Université agricole de Bangabandhu Sheik Mujibur Rahaman au Bangladesh ont également contribué à l'étude.
Faire pousser des métaux à l'intérieur de gabarits durs, comme la silice mésoporeuse, avait déjà été atteint, mais il y a eu peu de rapports sur la synthèse de catalyseurs mésoporeux au rhodium.
Crédit :Organisation australienne pour la science et la technologie nucléaires (ANSTO)
L'utilisation d'un modèle souple est considérée comme une plate-forme robuste pour préparer divers types de nanoparticules métalliques et de films nanostructurés avec une architecture mésoporeuse uniforme,
Synthèse par réduction chimique
Parce que le rhodium est caractérisé par une stabilité, atomes étroitement emballés, il est moins réactif chimiquement dans des conditions douces.
Les chercheurs ont surmonté ce défi par leur sélection de précurseur de polymère, agent de réduction et solvant de mélange.
Le polymère, poly(oxyde d'éthylène)-b-poly(méthacrylate de méthyle (PEO-b-PMMA) auto-assemblé en micelles sphériques avec addition d'eau.
Les micelles agissent comme un modèle souple mais robuste pour les nanostructures mésoporeuses.
Lorsqu'une solution de Na3RhCl6 a été ajoutée, des micelles composites se sont formées.
Après avoir subi la nucléation, ils ont fusionné et se sont développés en nanostructures mésoporeuses de rhodium qui pouvaient être extraites à l'aide d'un solvant.
Schémas de diffusion de neutrons aux petits angles (SANS) de deux types de solutions de micelles polymères réalisées sur l'instrument Quokka. Crédit :Organisation australienne pour la science et la technologie nucléaires (ANSTO)
Caractérisation des micelles
Parce que les micelles agissent comme un modèle pour la formation des nanoparticules, les enquêteurs devaient les caractériser complètement en solution.
"SANS a pu déterminer la taille des micelles, qui était d'environ 20 nanomètres, et confirmer qu'ils étaient homogènes, sphères bien formées, " dit Wood.
"Parce que la molécule de polymère définit les pores, il ouvre la possibilité de changer la taille des pores ou d'autres modifications pour ajuster le produit final, " dit Wood.
Les mesures de Quokka ont également indiqué que les micelles n'ont pas changé de forme après l'ajout du précurseur métallique, ce qui était une considération importante.
La microscopie électronique à transmission a également été utilisée pour une caractérisation visuelle des micelles.
La diffraction des rayons X à faible angle a fourni des informations détaillées sur les pores; ont confirmé que les ouvertures étaient de taille uniforme et étroitement entassées et ont suggéré que les particules étaient purement métalliques.
La spectroscopie photoélectronique aux rayons X a confirmé l'état électronique de la surface du rhodium.
Les chercheurs ont également mieux compris le mécanisme atomique qui a contribué à la formation de la structure mésoporeuse.
La spectroscopie d'absorption ultraviolette-vis a suggéré que les ions métalliques dissous se coordonnent à la surface des micelles et ont entraîné la nucléation du précurseur de rhodium.
L'étude a révélé que les nanoparticules conservaient leur forme et leur structure à des températures allant jusqu'à 400 °C et fonctionneraient bien en tant que catalyseur pour l'élimination des oxydes d'azote des gaz d'échappement à mélange pauvre contenant des concentrations élevées d'O2.
