Forskere kan nu lokalisere ilt i strukturen af ​​katalysatorer med en præcision på en billioner af en meter

En større ny anvendelse af Dynamic Nuclear Polarization NMR -teknologi ved U.S. Department of Energy's Ames Laboratory har ført til evnen til at undersøge den kemiske struktur af katalysatorer med en rumlig opløsning på mindre end et picometer, eller en billioner af en meter. Denne evne gør det muligt for forskere bedre at forstå, og designe mere effektive katalysatorer til produktion af brændstoffer og kemikalier af høj værdi

I dette studie, forskere var i stand til at måle længden af ​​OH-bindinger på katalytiske overfladestrukturer, og korrelere disse bindingslængder med materialets relative surhed.

I konventionel nuklear magnetisk resonans (NMR) teknologi, forskere kan tilegne sig fysiske og kemiske oplysninger om materialer, de undersøger, baseret på den måde atomkerner i prøven interagerer med et stærkt magnetfelt. Med Ames Laboratory's Dynamic Nuclear Polarization NMR (DNP-NMR) spektrometer, som er unikt egnet til materialekemisk forskning, mikrobølger bruges til at polarisere elektronerne, som efterfølgende ophidser kernerne i den prøve, der analyseres. Parret med innovative eksperimentelle teknikker, hvilket resultat er en meget følsom læsning af prøven, størrelsesordener hurtigere end traditionelle NMR -metoder.

"Konventionel faststof-NMR kan i princippet, belyse strukturen af ​​materialer med atomskala præcision. Imidlertid, NMRs grundlæggende mangel på følsomhed udfordrer ofte sine applikationer på overflader og grænseflader, og det er her katalyse faktisk sker, "sagde Marek Pruski, Ames Laboratory seniorforsker og hovedforsker ved forskerholdet. "Det er her DNP-NMR kommer ind. Med sit forbedrede signal, det giver et unikt analyseværktøj til at bestemme de tilsyneladende små forskelle i materialestruktur, som ofte bestemmer deres ydeevne. "

Opdagelsen er en del af et større omfang af forskning, ved hjælp af en svær at måle isotop af ilt, ¹⁷ O, at analysere materialer med DNP-NMR.

"Det er den eneste isotop af ilt, der kan måles ved NMR, men desværre er dens naturlige overflod uoverkommeligt lav, "sagde Frédéric Perras, postdoktor. "Det betød at berige dine prøver med dyre ¹⁷ O isotoper - hvilket undertiden er meget vanskeligt - var obligatorisk. DNP-NMR giver en ny mulighed for at gøre ¹⁷ O NMR, uden isotopberigelse. "

"Denne evne åbner nye døre for katalyseforskningssamfundet, "sagde Igor langsomt, en forsker, der studerer heterogen og grænsefladekatalyse på Ames Laboratory. "Hvis vi kan se de aktive steder for katalysatorer på dette detaljeringsniveau, vi kan virkelig begynde at forstå, hvordan de fungerer, og derefter forbedre dem. Dette kan have en betydelig indvirkning på mange brancher. "

Forskningen diskuteres yderligere i papiret, "Naturlig overflod ¹⁷ O DNP SENS Giver ¹⁷ O-1H Afstande med Sub-Picometer Præcision og indsigt i Brønsted surhed, "skrevet af Frédéric Perras, Zhuoran Wang, Pranjali Naik, Igor I. Sænker, og Marek Pruski; og udgivet i Angewandte Chemie .