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IV. RESULTADOS
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IV.1 Síntesis de nanopartículas de oro
La obtención de las nanopartículas de oro en suspensión acuosa empleando ácido
ascórbico como agente reductor, es corroborada a simple vista a través del
cambio de coloración (amarillo pálido), de la solución inicial conteniendo los iones
de oro, Au+3, a una coloración de un tono rojizo, ver Figura 16, coloración típica de
suspensiones coloidales de nanopartículas de oro.
Figura 16. La imagen muestra la suspensión de nanopartículas de oro.
IV.1.1 Espectroscopia UV-Visible
La Figura 17 muestra el espectro de absorción UV-Visible de la suspensión de
nanopartículas de oro, el cual muestra una banda de resonancia del plasmón de
superficie (SPR) centrada a 527 nm, característica de suspensiones de oro
coloidal. Indicando la presencia de partículas de oro de alrededor de 10nm de
diámetro, lo cual deberá ser corroborado mediante MET.
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Figura 17. Espectro de absorciónUV-Visible de la suspensión de nanopartículas de oro.
IV.1.2 Microscopia Electrónica de Transmisión
Las imágenes de MET de la suspensión de nanopartículas de oro se muestran en
la Figura 18. Donde podemos confirmar la formación de las nanopartículas. Las
micrografías muestran una población de partículas de un diámetro promedio de
8.15 nm con una desviación estándar de 1.8nm, Figura 19.
Las partículas muestran una muy buena dispersión, lo que nos sugiere que el
ácido ascórbico además de actuar como agente reductor, también está actuando
como un agente protector de las nanopartículas evitando la coalescencia de las
mismas, ya que las nanopartículas de oro “desnudas” tienden a agregarse y
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fusionarse, para formar clusters de mayor tamaño. Lo cual no se observa en las
micrografías de TEM
Así mismo podemos observar que la forma de las nanopartículas tiende a ser
esférica.
Figura 18. Imágenes de MET a diferentes magnificaciones de la suspensión de
nanopartículas de oro.
39
Figura 19. Histograma obtenido a partir de las imágenes de TEM.
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IV.2 Síntesis de nanopartículas de Paladio
La obtención de las nanopartículas de paladio en suspensión acuosa empleando
ácido ascórbico como agente reductor, es corroborada a simple vista a través del
cambio de coloración (amarillo pálido), de la solución inicial conteniendo los iones
de paladio,Pd+2, a una coloración de un tono café claro, ver Figura 20, coloración
típica de suspensiones coloidales de nanopartículas de paladio.
Figura 20. La imagen muestra la suspensión de nanopartículas de paladio.
IV.2.1 Espectroscopia UV-Visible
La Figura 21 muestra el espectro de absorción UV-Visible de la suspensión de
nanopartículas de paladio, el cual no presenta una banda de resonancia del
plasmón de superficie (SPR) definida en el intervalo de 300 a 900 nm, esto es
característico de suspensiones de paladio coloidal, sugiriendo la presencia de
partículas de paladio en tamaños nanométricos, lo cual deberá ser corroborado
mediante el TEM.
41
Figura 21. Espectro de absorciónUV-Visible de la suspensión de nanopartículas de Pd.
42
IV.2.2 Microscopia Electrónica de Transmisión
Las imágenes del TEM de la suspensión de nanopartículas de Pd se muestran en
la Figura 22. Donde podemos confirmar la formación de las nanopartículas.
En primera instancia (a-b) pareciera que tuviéramos partículas entre 40 y 50 nm.
Sin embargo, en las imágenes a mayor magnificación (c-d) se aprecia que estos
agregados entre 40 y 50 nm están formados por partículas individuales con un
diámetro promedio de 4.7nm con una desviación estándar de 1.09 nm, como se
puede observar en el histograma de la Figura 23, las cuales se agregan formando
una especie de “floculos”, también se observa que estas partículas no están
fusionadas, es decir se pueden redispersar.
Figura 22. Imágenes de TEM a diferentes magnificaciones de la suspensión de
nanopartículas de Pd.
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Figura 23. Histograma obtenido a partir de las imágenes de TEM.
IV.3 Síntesis de nanopartículas de oro-paladio
En cuanto a la síntesis de las nanopartículas bimetálicas oro recubiertas con una
“cascarón” de paladio, oro-paladio, los resultados confirman la reducción
secuencial de los dos metales, primero la reducción de los iones de oro, coloración
roja, seguido de la reducción de los iones de paladio, para obtener finalmente una
suspensión con una coloración café-rojiza, como se observa en la Figura 24.
Figura 24. La imagen muestra la suspensión de nanopartículas de(a) oro y (b) oro-
paladio.
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IV.3.1 Espectroscopia UV-Visible
El espectro de absorción no muestra ninguna banda definida en el intervalo de 300
a 900 nm, típico de las suspensiones de nanopartículas de paladio, lo cual nos
sugiere una encapsulación de las nanopartículas de oro con un cascaron de
paladio. En la Figura 25, se muestra el espectro de absorción UV- Visible de estas
nanopartículas.
Figura 25. Espectro de absorción UV-Visible de la suspensión de nanopartículas de Au-
Pd.
IV.3.2 Microscopia Electrónica de Transmisión
Las imágenes del TEM de la suspensión de nanopartículas de Au-Pd se muestran
en la Figura 26. Donde podemos confirmar la formación de las nanopartículas, las
cuales presentan un patrón cuasi esférico, con un tamaño promedio de 7.9 nm con
una desviación estándar de 1.6nm, como se puede observar en el histograma de
la Figura 27.
45
4 5 6 7 8 9 10 11 12
0
10
20
30
40
50Dm = 7.9 1.6 nm
Fre
quency,
%
Diameter, nmTamaño de partícula, nm
Fre
cue
nci
a, %
Figura 26. Imágen de TEM de la suspensión de nanopartículas de Au-Pd.
Figura 27. Histograma obtenido a partir de las imágenes de TEM
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IV.4 Síntesis de nanopartículas de paladio-oro
Mientras que la síntesis de las nanopartículas bimetálicas de paladio recubiertas
con una “cascaron” de oro, paladio-oro, los resultados confirman la reducción
secuencial de los dos metales, primero la reducción de los iones de paladio,
seguido de la reducción de los iones de oro, para obtener finalmente una
suspensión con una coloración gris, como se observa en la Figura 28.
Figura 28. La imagen muestra la suspensión de nanopartículas de paladio-oro.
IV.4.1 Espectroscopia UV-Visible
El espectro de absorción de la síntesis de nanopartículas Pd@Au, Figura 29,
muestra una banda definida alrededor de los 522nm, típico de las suspensiones
de nanopartículas de oro, lo cual nos sugiere una encapsulación de las
nanopartículas de paladio con un cascaron de oro, ya que la señal característica
de las suspensiones de nanopartículas de oro, es la que está siendo detectada por
el UV-visible, a diferencia de la síntesis Au@Pd donde la señal de espectroscopia
UV-visible no mostraba la señal típica del oro.
La Figura 30 presenta los espectros de Absorción UV-Visible para las 4 síntesis de
nanopartículas, Au, Pd, Au-Pd y Pd-Au, donde podemos apreciar que el espectro
de la síntesis de npAuPd tiene las características del espectro de la síntesis de
npPd y el espectro de la síntesis de npPdAu tiene la forma del espectro de la
síntesis de npAu con lo cual se demuestra que el segundo metal está
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0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
300 400 500 600 700 800 900
SPR = 522 nm
np Pd-Au, Vc 0.05M
Ab
so
rban
ce
Wavelength, nm
PCC031
Ab
sorb
anci
a, u
.a.
Longitud de onda, nm
encapsulando al primer metal. Obteniéndose así, las nanopartículas
nucleo@coraza, que es lo que se pretendía obtener.
Cumpliéndose este objetivo, el siguiente paso será incorporar estas
nanopartículas sintetizadas en una matriz solida con el objetivo de poder
manipularlas para cualquier aplicación tecnológica, en este caso para evaluar su
actividad catalítica. Para esto se sintetizará un material a base de SiO2, para
soportar las nanopartículas mono y bimetálicas.
Figura 29. Espectro de absorciónUV-Visible de la suspensión de nanopartículas de Pd-
Au.
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Figura 30. Comparación de los espectros de absorción UV-visible para las cuatro síntesis.
IV.4.2 Microscopia Electrónica de Transmisión
Las imágenes de TEM de la suspensión de nanopartículas de Pd-Au se muestran
en la Figura 31. Donde podemos confirmar la formación de las nanopartículas, las
cuales presentan un patrón cuasi esférico, con un tamaño promedio de 7.2nm con
una desviación estándar de 1.5 nm, como se puede observar en el histograma de
la Figura 32.
49
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
0
10
20
30
40
50
60
70 Dm = 7.2 1.5 nm
Fre
quency,
%
Diameter, nm
Fre
cue
nci
a, %
Tamaño de partícula, nm
Figura 31. Imágen de TEM de la suspensión de nanopartículas de Pd-Au.
Figura 32. Histograma obtenido a partir de las imágenes de TEM.
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IV.5 Síntesis del material compuesto.
El material de SiO2 obtenido por el método de sol-gel presentó una apariencia
granular, con tamaños de grano en el orden de las micras, la Figura 33 a) muestra
una imagen a simple vista de los polvos obtenidos. La Figura 33 b) muestra una
imagen de SEM de estos polvos, donde se puede apreciar que estos granos están
formados por pequeñas partículas esféricas de entre 200 y 300 nm.
Figura 33. Imagen de los polvos de SiO2 obtenidos por sol-gel.
Este material obtenido fue usado como matriz para depositar las nanopartículas
metálicas, depositando gota a gota las suspensiones de nanopartículas y
permitiendo la evaporación del solvente (agua). La Figura 34 muestra las
imágenes de los materiales compuestos obtenidos, (a) SiO2-NpAu, (b) SiO2-
NpPd,(c) SiO2-NpAuPd y (d) SiO2-NpPdAu. Estos materiales compuestos tomaron
la respectiva coloración de las nanopartículas metálicas. Mientras que la Figura 35
muestra las imágenes de SEM de estos materiales compuestos, donde se aprecia
el tamaño de estos en el orden de las micras. También se presenta su respectivo
análisis de EDS donde se puede corroborar la presencia de Si-O-Au, Si-O-Pd y Si-
O-Au-Pd para las muestras (a), (b) y (c-d) respectivamente, el cobre (Cu) presente
en los EDS corresponde al material de la rejilla para TEM.
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Figura 34. Imagen de los materiales compuestos a simple vista.
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Figura 35. Imágenes de SEM de los materiales compuestos, (a) SiO2-NpAu, (b) SiO2-
NpPd,(c) SiO2-NpAuPd y (d) SiO2-NpPdAu con su respectivo análisis de EDS.
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IV.6 Análisis de la actividad catalítica.
Para el estudio de la actividad catalítica, por razones de tiempo, se llevó a cabo el
estudio solamente con el material compuesto SiO2-NpAu, el porciento en peso de
las nanopartículas de Au fue de 0.002%, para ello se utilizó una mezcla de gases
(N2/O2/CO). El grafico de los resultados de la actividad catalítica, Figura 36,
muestra una activación de la reacción de oxidación del CO a partir de los 300°C.
La línea verde representa el volumen de CO2 en el flujo de gas el cual se empieza
a incrementar a partir de los 300°C, mientras que el CO (línea roja) y el O2 (línea
negra) empiezan a disminuir, hasta alcanzar una conversión máxima, de CO a
Co2, del 56.7%. Este porcentaje de nanopartículas metálicas, 0.002 % en peso
está muy por debajo del porcentaje utilizado en los convertidores catalíticos
comerciales y reportado en la literatura, los cuales emplean entre un 0.1 y 0.15 por
ciento en peso del catalizador. También, este material compuesto presentó casi el
mismo porcentaje de conversión de CO a CO2, 56.7% respecto al 60%, reportado
anteriormente [25], para un material compuesto de SiO2-NPAu, en el cual las
nanopatículas de oro estaban embebidas en el seno de la matriz, a diferencia de
este material en el cual las nanopartículas de oro se encuentran en la superficie,
también este otro material presentaba un porcentaje mayor de nanopartículas de
oro 0.003% en peso del catalizador, lo cual equivale a un 50% mas en peso y
solamente alrededor de 3-4% más de conversión.
Estos resultados muestran que ambos materiales compuestos, tanto SiO2-NPAu
(trabajo reportado anteriormente por nuestro mismo grupo) como SiO2/NpAu
reportado en este trabajo representan una considerable disminución del material
catalítico empleado en los convertidores catalíticos comerciales.
Respecto al material SiO2-NPAu, donde las nanoparticulas están embebidas en la
matriz, este otro material SiO2/NpAu, donde las nanopartículas están soportadas
en la superficie del SiO2 presentó una mejor conversión de CO comparada con el
porcentaje de material catalítico empleado.
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0 100 200 300 400 500
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
1.1
1.2
Vo
l (%
)
Temperature, °C
O2
CO
CO2
Figura 36. Resultados de la actividad catalítica para Np de Au.
