Ny forskning viser begrænsningerne af koordination i kemi

En almindelig antagelse i kemi er, at koordinationstallet for en katalysators overflade bestemmer reaktiviteten af ​​den reaktion, den katalyserer. Påfaldende nok, kemikere fra Leiden Universitet har nu bevist, at dette ikke er sandt for naturens mest simple kemiske reaktion:dissocieringen af ​​brint. Forskerne formåede at måle de såkaldte absolutte reaktiviteter af denne reaktion, en første i videnskaben. De offentliggjorde deres resultater i Angewandte Chemie .

Hemmeligt våben

Katalysatorer er meget brugt i vores daglige liv, såsom platinkatalysatoren i din bils udstødning. Imidlertid, det er ofte ikke forstået, hvordan de præcist fungerer. Professor Ludo Juurlink og hans gruppe forsøger at ændre dette og har et hemmeligt våben til at gøre det:en buet platinoverflade. Sidste år, dette stykke udstyr gav dem to publikationer i førende tidsskrifter:i Videnskab de viste endelig, hvilken teoretisk model for reaktionen af ​​brint på platin er korrekt og i PNAS de viste, hvordan ilt reagerer på platin. Nu, kemikerne brugte denne specielle platin til at ryste op i en vigtig etableret idé inden for kemi:koordination.

Zoomer ind på en katalysator

For at forklare dette, vi skal først tage et kig på overfladen af ​​en katalysator, det er der kemiske reaktioner finder sted. Denne overflade består af atomer - platinatomer i denne undersøgelse - som er justeret på en bestemt måde. Hvert atom har et forskelligt koordinationsnummer, angiver hvor mange andre atomer der omgiver dette særlige atom. Hvis vi tager reaktionen af ​​brint på platin som et eksempel, den generelle idé var som følger:koordinationsnummeret for atomerne på overfladen af ​​platin bestemmer reaktiviteten over for molekylært brint.

Leiden-holdet brugte to buede platinkrystaller til at teste denne hypotese. "Fordi platinoverfladen er buet, atomstrukturen ændrer sig meget gradvist langs overfladen, " forklarer gruppeleder Juurlink. "Du kan sammenligne denne struktur med en trappe, hvis trin mod kanterne bliver smallere og smallere. I midten, det ligner mere en balsal." Men hvorfor er det vigtigt? En katalysators overflade er ikke flad og glat, men uregelmæssig, med trin og knæk. Og netop ved disse uregelmæssigheder, kemiske reaktioner finder sted. Med den buede platin, forskerne efterligner denne effekt, samtidig med at man ved præcis, hvor mange trin eller knæk hver del af krystallen har. Dette gjorde det muligt for kemikerne at måle reaktiviteten af ​​brint sammenlignet med tætheden af ​​trin eller knæk på platin.

Skridt og knæk

"Vi identificerede tre typer uregelmæssigheder, " siger ph.d.-kandidat Sabine Auras, første forfatter til undersøgelsen. "Der er A-typen, B-typen, og den knækkede type." For hver type, hun målte reaktiviteten. Hvor overfladen har flere trin eller flere knæk, reaktiviteten øges. Indtil nu, intet nyt under solen. "Men vi fandt også ud af, at denne stigning er forskellig for hver type uregelmæssighed. Og denne forskel svarer ikke til, hvad man ville forvente med hensyn til koordinering." I stedet, holdet definerede tværsnit for interaktionen mellem brint og trin eller knæk, som er et vigtigt vartegn for andre forskere på området.

Langsigtet vision

Grundlaget for denne publikation i Angewandte Chemie blev lagt for fem år siden, da tidligere ph.d. kandidat Dima Bashlakov opdagede noget særligt, da han studerede en buet platinkrystal. "Jeg tror, ​​vores forskning støtter ideen om, at videnskabsfinansiering aldrig bør fokusere på kortsigtede visioner eller kortsigtede resultater, " siger Juurlink. "Desværre nok, disse er begge aspekter, der synes så almindelige i forskningsapplikationer i disse dage."

Auras tilføjer:"Jeg forstår, at vi har et ansvar over for samfundet. Men med en vis grad af frihed, som langsigtet finansiering kan give, vi kan få helt unikke resultater. Man kan ikke altid styre videnskaben."