At placere atomer til optimale katalysatorer

Brændstoffer, plastik, og andre produkter fremstilles ved hjælp af katalysatorer, materialer, der driver kemiske reaktioner. For at designe en bedre katalysator, videnskabsmænd skal have de rigtige atomer på det rigtige sted. Det kan være svært at placere atomerne, men ny forskning gør det nemmere. Forskere bestemte den nøjagtige placering af enkelte iltatomer, som fungerer som ankre for katalysatorer. I tilfælde af et lag af carbonatomer oven på en metalstøtte, enkelte iltatomer vises i forudsigelige pletter. At vide, hvor atomankrene er, holdet kan skabe mønstre af katalytiske atomer, designe, hvad der skal til for at få arbejdet gjort.

At skabe katalysatorer, der gør reaktioner hurtigere og mindre spild, betyder at designe katalysatorerne fra bunden og op. I stedet for at søge blandt utallige muligheder, forskere ønsker at designe de rigtige strukturer på et molekylært niveau. Ny fundamental forskning viser videnskabsmænd, hvordan man kan udnytte præcise pletter - hvor iltatomerne binder til grafen - til at bygge modelkatalysatorer. Denne forskning omdefinerer, hvad man ved om iltbinding, hvilket er afgørende for at skabe hårdtarbejdende katalysatorer.

Holdet begyndte med et fladt stykke rutheniummetal. På toppen af ​​metallet, de dyrkede grafen, som er et et-atom-tykt lag af kulstof. I denne struktur, nogle carbonatomer binder til metallet, mens andre ikke gør. Ved at kombinere eksperimentelle og beregningsmæssige ressourcer, holdet undersøgte disse kulstofatomer. De viste, at enkelte oxygenatomer, som fungerer som ideelle steder til at fastgøre katalytiske steder, binder fortrinsvis til carbonatomer, der er tæt på det underliggende metal, men ikke bundet til det. Mindre foretrukne steder for oxygenbinding er mellem to carbonatomer; kulstofatomer, der er, på tur, bundet til ruthenium; og ubundne carbonatomer langt fra ruthenium. Denne forskning omdefinerer, hvad forskerne ved om oxygenbinding til kulstofatomer på metalunderstøttet grafen. Arbejdet er afgørende for at designe effektivt, selektive katalysatorer.