Control de cristalización de níquel
La falta de conocimiento sobre cómo el níquel cristaliza en un sólido ha dificultado su aplicación potencial en nuevos nanomateriales y como catalizador de bajo costo en reacciones químicas realizadas en muchos procesos industriales.
Los investigadores ahora han utilizado microscopía electrónica de fase líquida para observar tal cristalización de las dos formas estructurales de níquel a escala atómica.
el 13 de mayoyde 2022, se ha publicado en la revista un informe que explica sus hallazgos Nano Investigación.
Los catalizadores son sustancias que aceleran la velocidad de las reacciones químicas y son necesarios para crear una amplia variedad de productos industriales. Sin embargo, un obstáculo que encuentran en una variedad de aplicaciones, sobre todo en tecnologías energéticas, es que muchos de ellos son metales preciosos.
El platino, por ejemplo, cuesta cientos de dólares la onza y se utiliza como catalizador para acelerar los procesos hasta el punto en que una variedad de fuentes de combustible limpio se convierte en una realidad práctica.
Por otro lado, el níquel es uno de los metales más abundantes en la corteza terrestre y cuesta solo unos pocos centavos la onza. El níquel también es bastante estable en una amplia gama de condiciones. Como resultado de una amplia gama de aplicaciones catalíticas, los catalizadores a base de níquel han atraído recientemente mucho interés en la investigación.
Por otro lado, los catalizadores que contienen metales preciosos aceleran la reacción más que el níquel.
Se han ideado varias estrategias para aumentar las capacidades catalíticas del níquel y utilizarlo como componente de nuevos nanomateriales, pero para seguir avanzando, los investigadores deben comprender mejor algunas características clave de la formación y la estructura del níquel.
Examinan los cristales de níquel en su forma diminuta, cuando comienzan a formarse (o nuclearse) a partir de un líquido, para realizar dicha investigación. Cualquier partícula de cristal con al menos un lado que mide menos de 100 nanómetros se denomina nanocristal (una milésima de millonésima de metro).
Los nanocristales de níquel se pueden encontrar en dos formas de red cristalina: cúbica y hexagonal, a menudo conocidas como “hexagonal y empaquetada” o hcp. El mecanismo subyacente a la formación de estas dos estructuras de red, el proceso de cristalización, ha permanecido en gran medida sin explicación.
Para obtener una comprensión completa del proceso de cristalización, se requiere un control directo y en tiempo real de las vías de nucleación de los nanocristales de níquel hcp a nivel atómico.
Otros investigadores han utilizado la microscopía electrónica de fase líquida para estudiar las vías de cristalización de los nanocristales de plata y oro en tiempo real, ilustrando los procesos de nucleación de varios pasos de la formación de cristales de estos elementos.
A diferencia de un microscopio convencional, un microscopio electrónico utiliza un haz de electrones para iluminar un objeto de interés en lugar de fotones. Dado que la longitud de onda del electrón es mucho menor que la longitud de onda de los fotones que componen la luz visible, es posible examinar objetos increíblemente pequeños.
El procedimiento es el mismo que en la microscopía electrónica de líquidos, pero permite el estudio de muestras en líquido. La microscopía electrónica de fase líquida ha demostrado ser un método útil para observar la nucleación y el desarrollo de nanocristales, ya que el objetivo es aprender cómo se forman los cristales sólidos a partir del líquido.
En principio, los nanocristales de Ni pueden cristalizar en fases fcc o hcp. La formación de la nueva fase de nanocristales suele depender de la energía de adsorción del tensioactivo y de la energía superficial de las caras expuestas. Algunos investigadores utilizaron esta técnica anteriormente para investigar la formación de la forma estructural cúbica de los nanocristales de níquel en una solución de crecimiento homogénea de Ni(II) que contiene complejos de acetato de amina-ni.
Junyu Zhang, coautor del estudio e investigador, Centro de Análisis Instrumental, Universidad de Huaqiao
chang agregó,Ahora, en este trabajo, el estudio de células líquidas in situ y los cálculos teóricos han identificado las características atípicas de la cristalización de hcpNi en una solución de N y N-dimetilformamida (DMF) a una alta tasa de dosis de haz de electrones.“
Los investigadores prepararon una solución líquida que contenía más níquel del que podía disolver (una “solución sobresaturada”) para que cualquier exceso precipitara naturalmente como un sólido (en otras palabras, por cristalización). Luego usaron un microscopio electrónico líquido para observar el núcleo en tiempo real.
Reportan específicamente la visualización directa y en tiempo real de los procesos dinámicos de cristalización amorfa mediada por fase de nanopartículas de Ni hcp con (10) o hcp Ni (0001) en solución homogénea a través de hidrólisis, recocido y cristalización atómica bajo altas tasas de dosis. de haz de electrones.
También utilizaron el crecimiento capa por capa para examinar la evolución de las facetas de los nanocristales. Finalmente, el níquel quebradizo se disocia en solución.
Los investigadores esperan que tener una mejor comprensión de los procesos básicos de formación de cristales de níquel a escala mínima les ayude a crear mejores sistemas y catalizadores para HCP y materiales de níquel en el futuro.
Referencia de la revista:
Chang, J, y otros. (2022) Mecanismos atómicos de la cristalización de nanopartículas hexagonales empaquetadas pronto reveladas por microscopía electrónica de transferencia de células líquidas in situ. investigación nano doi: 10.1007/s12274-022-4475-3.
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