Oavsett om det är i katalytiska processer inom den kemiska industrin, miljökatalys, nya typer av solceller eller nya elektroniska komponenter, nanopartiklar finns överallt i modern produktion och miljöteknik, där deras unika egenskaper säkerställer effektivitet och sparar resurser. Nanopartiklarnas speciella egenskaper härrör ofta från en kemisk interaktion med stödmaterialet som de placeras på. Sådana interaktioner förändrar ofta nanopartikelns elektroniska struktur eftersom elektrisk laddning utbyts mellan partikeln och stödet.

Arbetsgrupper som leds av Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) och Barcelona universitet har nu lyckats räkna antalet elementära laddningar som förloras av en platina nanopartikel när den placeras på ett typiskt oxidstöd. Deras arbete ger möjligheten att utveckla skräddarsydda nanopartiklar ett steg närmare.

En av de viktigaste frågorna som nanovetenskapliga forskare har diskuterat sedan en tid tillbaka är hur nanopartiklar interagerar med det stöd de får. Det är nu klart att olika fysikaliska och kemiska faktorer som den elektroniska strukturen, nanostrukturen och - avgörande - deras interaktion med stödet styr egenskaperna hos nanopartiklar. Även om denna interaktion - särskilt överföringen av elektrisk laddning - redan har observerats i stor utsträckning, tidigare studier har inte undersökt hur mycket laddning som överförs och om det finns ett samband mellan överföringen och storleken på nanopartikeln.

För att mäta den elektriska laddningen som utbyts av det internationella teamet av forskare från Tyskland, Spanien, Italien och Tjeckien ledd av prof. Dr. Jörg Libuda, Professor i fysikalisk kemi, och Prof. Dr. Konstantin Neyman, Universitetet i Barcelona, beredd en extremt ren och atomiskt väldefinierad oxidyta, på vilka de placerade platina nanopartiklar. Med hjälp av en mycket känslig detektionsmetod vid Elettra Sincrotrone Trieste kunde forskarna kvantifiera effekten för första gången.

Tittar på partiklar med olika antal atomer, från flera till många hundra, de räknade antalet överförda elektroner och visade att effekten är mest uttalad för små nanopartiklar med cirka 50 atomer. Storleken på effekten är förvånansvärt stor:ungefär var tionde metallatom förlorar en elektron när partikeln är i kontakt med oxiden. Forskarna kunde också använda teoretiska metoder för att visa hur effekten kan kontrolleras, så att de kemiska egenskaperna kan anpassas för att bättre passa deras avsedda tillämpning. Detta skulle göra det möjligt att använda värdefulla råvaror och energi mer effektivt i katalytiska processer inom den kemiska industrin, till exempel.