(Noticias de Nanowerk) El uso potencial del níquel en nuevos nanomateriales y como catalizador de bajo costo en reacciones químicas al servicio de una variedad de procesos industriales se ha visto frenado por una comprensión limitada de los aspectos fundamentales de cómo el metal cristaliza en un sólido. Sin embargo, los investigadores ahora han podido observar tal cristalización de las dos formas estructurales del níquel a escala atómica utilizando microscopía electrónica de fase líquida. Un artículo que describe sus observaciones apareció en la revista. Nano investigación ("Mecanismos atómicos de nanocristalización de Ni hexagonal compacta revelada por microscopía electrónica de transmisión de células líquidas in situ"). Sin embargo, los investigadores ahora han podido observar tal cristalización de las dos formas estructurales del níquel a escala atómica utilizando microscopía electrónica de fase líquida. (© Nano Research) Los catalizadores, cualquier sustancia que acelera la velocidad de una reacción química, son esenciales para la producción de una gran cantidad de productos industriales, pero uno de los desafíos que plantea su uso en una variedad de propósitos, entre ellos las tecnologías energéticas, es que muchos son metales preciosos. El platino, por ejemplo, que cuesta cientos de dólares la onza, se usa como catalizador para acelerar reacciones suficientes para hacer viable una gama de fuentes de combustible limpias. El níquel, por otro lado, es uno de los metales más abundantes en la corteza terrestre y, como tal, cuesta solo centavos la onza. El níquel también es extremadamente estable en una variedad de entornos. Como resultado, los catalizadores a base de níquel han recibido recientemente una atención de investigación considerable debido a sus diversas aplicaciones catalíticas. Pero los catalizadores que contienen metales preciosos dan un mayor impulso a la velocidad de las reacciones que el níquel. Se ha desarrollado una variedad de estrategias para mejorar la capacidad catalítica del níquel y para implementar el níquel como componente de nuevos nanomateriales, pero para lograr un progreso aún mayor, los investigadores deben comprender mejor algunos de los aspectos más fundamentales de cómo formas de níquel y su estructura a medida que lo hace. Para realizar tales investigaciones, exploran los cristales de níquel en su estado más pequeño, al comienzo de su formación (o 'nucleación') a partir de un líquido. Estos se denominan nanocristales: cualquier partícula de cristal con al menos uno de sus lados que mide menos de 100 nanómetros (una mil millonésima parte de un metro). Los nanocristales de níquel adoptan dos formas de red cristalina: una estructura cúbica y otra hexagonal, denominada “hexagonal-close-packed” o hcp. La comprensión del mecanismo de cómo emergen estas dos estructuras reticulares, el proceso de cristalización, sigue siendo en gran parte desconocida. Para lograr una comprensión profunda del proceso de cristalización deseado, sería necesaria una observación directa en tiempo real de las rutas de nucleación de los nanocristales de níquel hcp a nivel atómico. Otros investigadores lograron obtener imágenes en tiempo real de las vías de cristalización de los nanocristales de plata y oro utilizando microscopía electrónica de fase líquida, lo que reveló los mecanismos de nucleación de varios pasos de la formación de cristales de estos elementos. La microscopía electrónica implica el uso de un haz de electrones para iluminar un elemento de interés en lugar de fotones como con un microscopio normal. Esto se debe a que la longitud de onda de un electrón es mucho más pequeña que la de los fotones que componen la luz visible, lo que permite la investigación de objetos extremadamente pequeños. La microscopía electrónica de fase líquida involucra el mismo proceso, pero permite la observación de especímenes en líquido. Como el objetivo es precisamente cómo emergen los cristales sólidos de un líquido, la microscopía electrónica de fase líquida ha sido una herramienta poderosa para observar dicha nucleación y crecimiento de nanocristales. “En principio, los nanocristales de Ni podrían cristalizar en fases fcc o hcp. Por lo general, la formación de la nueva fase de nanocristales depende de la energía de adsorción del surfactante y la energía superficial de las facetas expuestas. Algunos investigadores habían utilizado anteriormente esta técnica para investigar la formación de la forma estructural cúbica de los nanocristales de níquel en una solución de crecimiento homogénea de Ni(II) que contenía complejos de acetato de amina-ni”, dijo Junyu Zhang, coautor del artículo e investigador de el Centro de Análisis Instrumental de la Universidad de Huaqiao. “Y ahora, en este trabajo, tanto el estudio TEM de celda líquida in situ como los cálculos teóricos identificaron las características no clásicas de la cristalización de hcp Ni en solución de N, N-dimetilformamida (DMF) a una tasa de dosis alta del haz de electrones. Los investigadores mezclaron una solución líquida que contenía más níquel del que podía disolverse (una "solución sobresaturada"), por lo que cualquier exceso se precipitaría naturalmente como un sólido (en otras palabras, a través de la cristalización). Luego utilizaron el microscopio electrónico de fase líquida para observar en tiempo real la nucleación. En especial, han reportado la visualización directa y en tiempo real de los procesos dinámicos de cristalización mediada por fase amorfa de nanopartículas de Ni hcp con facetas (10) o hcp Ni (0001) en una solución homogénea a través de descomposición espinodal, solidificación y reacción atómica. cristalización a gran escala bajo una alta tasa de dosis de haz de electrones. También tomaron imágenes del desarrollo de facetas de nanocristales de Ni mediante el crecimiento capa por capa. Finalmente, el Ni inestable se disolvió en la solución.