Forskare från Nagoya Institute of Technology (NITech) i Japan har utvecklat en hållbar metod för att neutralisera kolmonoxid, det luktfria giftet som produceras av bilar och hushållspannor. Deras resultat presenterades på omslaget till septembernumret av tidskriften Nanomaterial .

Traditionellt, kolmonoxid behöver en ädel metall - en sällsynt och dyr ingrediens - för att omvandlas till koldioxid och lätt skingras i atmosfären. Även om ädelmetallen säkerställer strukturell stabilitet vid en mängd olika temperaturer, det är en kostnadskrävande och ändlig resurs och forskare har varit angelägna om att hitta ett alternativ.

Nu, ett team ledd av Dr. Teruaki Fuchigami vid NITech har utvecklat en hallonformad nanopartikel som kan utföra samma oxidationsprocess som gör att kolmonoxid får en extra syreatom och förlorar sin mest potenta toxicitet.

"Vi fann att de hallonformade partiklarna uppnår både hög strukturell stabilitet och hög reaktivitet även i en enda nanoskala ytstruktur, " sa Dr Fuchigami, en biträdande professor vid institutionen för biovetenskap och tillämpad kemi vid NITech och första författare på tidningen.

Nyckeln, enligt Dr. Fuchigami, ser till att partiklarna är mycket komplexa men organiserade. En enda, enkla partiklar kan oxidera kolmonoxid, men det kommer naturligt att förenas med andra enkla partiklar. Dessa enkla partiklar packar ihop och förlorar sin oxidationsförmåga, speciellt när temperaturen stiger i en motor eller panna.

Katalytiska nanopartiklar med enkel nanoskala och komplexa tredimensionella (3-D) strukturer kan uppnå både hög strukturell stabilitet och hög katalytisk aktivitet, dock, sådana nanopartiklar är svåra att tillverka med konventionella metoder. Dr. Fuchigami och hans team arbetade för att kontrollera inte bara storleken på partiklarna, men också hur de satt ihop. De använde nanopartiklar av koboltoxid, ett ädelmetallalternativ som kan oxidera bra men så småningom trycker ihop och blir inaktivt.

Forskarna tillämpade sulfatjoner på bildningsprocessen av koboltoxidpartikeln. Sulfatjonerna tar tag i partiklarna, skapa en kemiskt bunden bro. Kallas en ligand, denna brygga håller ihop nanopartiklarna samtidigt som den hämmar den klumpande tillväxten som skulle leda till en förlust av katalytisk aktivitet.

Den resulterande partikeln såg ut som ett hallon:små celler bundna samman till något större än summan av dess delar.

"Fenomenet att tvärbinda två ämnen har formulerats inom området metallorganisk ramforskning, men, så vitt vi kan säga, detta är den första rapporten om oxidnanopartiklar. Effekterna av överbryggande ligander på bildandet av oxidnanopartiklar, som kommer att vara till hjälp för att etablera en syntesteori för komplexa 3-D nanostrukturer, " Dr. Fuchigami sa om den hallonformade nanostrukturen.

Den unika ytnanostrukturen hos de hallonformade partiklarna förblev stabil även under den hårda katalytiska reaktionsprocessen, förbättra CO-oxidationsaktiviteten vid låg temperatur.

Dr. Fuchigami och hans team kommer att fortsätta att studera de överbryggande liganderna med målet att exakt kontrollera designaspekten av nanomaterial, såsom storlek och morfologi.

I sista hand, de planerar att upptäcka den mest stabila och aktiva konfigurationen för kemisk katalys och andra tillämpningar.