Kemikere løser vedvarende problem efter fire årtier

Efter næsten fire årtier, Leider og Eindhoven kemikere har løst diskussionen om den korrekte model vedrørende den enkleste kemiske reaktion i heterogen katalyse, som er afgørende for brændselsceller. Ved hjælp af en unik buet platinoverflade, Ludo Juurlink og ph.d. kandidat Richard van Lent fra Leiden og Michael Gleeson fra DIFFER viste, hvilken model der korrekt beskriver reaktionen af ​​brint. De offentliggjorde deres fund i Videnskab den 11. januar.

I næsten fire årtier har der været en heftig debat i den kemiske litteratur:hvilken af ​​de to eksisterende modeller for reaktion af brint til en platinkatalysator er korrekt (se boks)? Traditionelle metoder var ikke tilstrækkelige nok til at bevise dette. Leidens kemiker Ludo Juurlink og Michael Gleeson fra Dutch Institute for Fundamental Energy Research (DIFFER) besluttede at udvikle en ny metode til at levere afgørende beviser, hvilket viste sig at være en succes.

De to eksisterende modeller for heterogen katalyse giver forskellige forudsigelser om, hvordan hydrogenreaktionen afhænger af platinoverfladens struktur. Ved hjælp af målinger kunne forskerne bestemme brintets reaktivitet og dermed bevise, hvilken model der er korrekt. Den buede platinkrystal var afgørende for dette, som blev lavet af det hollandske firma i Zaandam for første gang. "Fordi platinoverfladen er buet, atomstrukturen ændres meget gradvist langs overfladen, "forklarer Juurlink." Du kan sammenligne denne struktur med en trappe, hvis trin mod kanterne bliver smallere og smallere. I midten ligner det mere en balsal. "Det viste sig, at brintens reaktivitet var lineært afhængig af, hvor tæt trinene er på hinanden. Jo længere fra hinanden trinene var, desto mindre reaktivt hydrogen var. "Og så er modellen, der forudsagde en ikke-lineær adfærd, forkert, " han siger.

Undersøgelsen blev udført i ultrahøjt vakuum og giver vigtig indsigt. "Vi ved nu bedre, hvordan vi beregner hastigheden af ​​kemiske reaktioner - en af ​​modellerne bidrager ikke væsentligt, "siger Juurlink." Desuden vi ved nu, at disse buede krystaloverflader tilbyder en unik, ny mulighed for at lære, hvordan kemiske reaktioner rent faktisk opstår på overflader. Vi vil helt sikkert lave mere research med det. "

Næsten alle større kemiske industrielle processer anvender heterogen katalyse. Katalysatorer er nogle gange dyre og sjældne, såsom platin, en fælles katalysator, der findes i brændselsceller og biludstødningssystemer. "Det usædvanlige er, at vi normalt ikke engang rigtig ved, hvordan og hvorfor sådanne katalysatorer fremskynder kemiske reaktioner, "siger Juurlink. Bedre indsigt i dette, hvordan og hvorfor vil bidrage til at gøre den kemiske industri mere bæredygtig." Baseret på en bedre forståelse af, hvad der sker på atomniveau, vi kan udvikle nye katalysatorer, "siger Juurlink." Katalysatorer, der forårsager mindre energitab og er mindre afhængige af dyre og sjældne materialer. "