Ett stort internationellt samarbete, som inkluderade ANSTO, har framgångsrikt syntetiserat mycket porösa rodiumnanopartiklar som skulle kunna användas som en effektivare katalysator för fordon.

De mesoporösa rodiumnanopartiklarna, tillverkad med en mjuk mall och enkel lösningskemi, var termiskt stabila upp till 400°C och tre till fyra gånger effektivare än vanliga katalysatorer.

Mesoporösa nanopartiklar används som katalysatorer för att minska föroreningarna från fordonsavgaser genom att omvandla giftiga gaser och föroreningar till mindre giftiga föroreningar.

Forskningen har potential att avsevärt minska mängden föroreningar som orsakas av bilar och lastbilar.

Studien, ledd av Bo Jiang och professor Yusuke Yamauchi från National Institute of Materials Science och Waseda University i Tokyo och University Wollongong, publicerades idag i Naturkommunikation .

Professor Yamauchi sa att de porösa rodiumnanopartiklarna kan göra en dramatisk förbättring av luftföroreningarna i städer runt om i världen.

Liten vinkel neutronspridning (SANS) utfördes på Quokka-instrumentet vid Australian Center for Neutron Scattering av Dr Katy Wood och Dr Md Shahriar Hossain, Senior forskare från University of Wollongong, att karakterisera micellerna i lösning i två steg av femstegsprocessen.

Forskare från Waseda University i Japan, Bilkent University i Turkiet, och Bangabandhu Sheik Mujibur Rahaman Agricultural University i Bangladesh bidrog också till studien.

Att odla metaller i hårda mallar, såsom mesoporös kiseldioxid, hade tidigare uppnåtts men det har förekommit få rapporter om syntesen av mesoporösa rodiumkatalysatorer.

Användningen av en mjuk mall anses vara en robust plattform för att förbereda olika typer av metalliska nanopartiklar och nanostrukturerade filmer med enhetlig mesoporös arkitektur,

Syntes genom kemisk reduktion

Eftersom rodium kännetecknas av stabil, tätt packade atomer, det är mindre reaktivt kemiskt under milda förhållanden.

Utredarna övervann denna utmaning genom att de valde polymerprekursor, reduktionsmedel och blandningslösningsmedel.

Polymeren, poly (etenoxid) -b-poly (metylmetakrylat (PEO-b-PMMA) självmonterad till sfäriska miceller med tillsats av vatten.

Micellerna fungerar som en mjuk men robust mall för mesoporösa nanostrukturer.

När en lösning av Na3RhCl6 tillsattes, sammansatta miceller bildades.

Efter att ha genomgått kärnbildning, de smälte samman och växte till mesoporösa rodiumnanostrukturer som kunde extraheras med hjälp av ett lösningsmedel.

Karakteriserar micellerna

Eftersom micellerna fungerar som en mall för bildandet av nanopartiklar, utredarna behövde helt karakterisera dem i lösning.

"SANS kunde bestämma storleken på micellerna, som var cirka 20 nanometer, och bekräfta att de var homogena, välformade sfärer, sa Wood.

"Eftersom polymermolekylen definierar porerna, det öppnar möjligheten att ändra porstorlek eller annan modifiering för att ställa in slutprodukten, sa Wood.

Quokka-mätningar visade också att micellerna inte ändrade form efter tillsatsen av metallprekursorn, vilket var ett viktigt övervägande.

Transmissionselektronmikroskopi användes också för en visuell karakterisering av micellerna.

Röntgendiffraktion med låg vinkel gav detaljerad information om porerna; bekräftade att öppningarna var enhetliga i storlek och tätt packade och föreslog att partiklarna var rent metalliska.

Röntgenfotoelektronspektroskopi bekräftade elektrontillståndet på rodiumytan.

Utredarna fick också insikt i den atommekanism som bidrog till bildandet av den mesoporösa strukturen.

Ultraviolett vis absorptionsspektroskopi föreslog att de lösta metalljonerna koordinerades till micellytan och drev kärnbildningen av rodiumprekursorn.

Studien fann att nanopartiklarna behöll sin form och struktur i temperaturer upp till 400°C och skulle fungera bra som katalysator för att avlägsna kväveoxid från magra avgaser som innehåller höga koncentrationer av O2.