Atomernes dans

(Phys.org) —Katalysatorer kan stoppe med at fungere, når atomer på overfladen begynder at bevæge sig. På Wiens teknologiske universitet, denne dans af atomer kunne nu observeres og forklares.

Ensomme mennesker, der står i en balsal, har ikke en tendens til at bevæge sig meget. Det er først, når de finder en passende dansepartner, at hurtig bevægelse sætter ind. Atomer på jernoxidoverflader opfører sig på lignende måde:Kun med den rigtige molekylære partner danser de hen over overfladen. Forskere ved Wien Universitet for Teknologi har nu filmet atomerne, beviser, at kulilte er den partner, der er ansvarlig for den hurtige bevægelse. Deres film viser, at bevægelsen fører direkte til klynger - en effekt, der kan gøre stor skade i katalysatorer. Resultaterne er nu blevet offentliggjort i tidsskriftet Naturmaterialer .

Klynger - sikke spild af atomer!

"Metaller som guld eller palladium bruges ofte som katalysatorer for at fremskynde visse kemiske reaktioner", siger professor Ulrike Diebold (Institute of Applied Physics, Wiens teknologiske universitet). Når atomerne kugler sammen, de fleste af dem kommer ikke længere i kontakt med den omgivende gas, og den katalytiske virkning falder drastisk. Af denne grund, Ulrike Diebolds team undersøger, hvordan klynger dannes fra enkeltatomer på en overflade, og søge efter måder at hæmme processen.

Teorier om denne effekt er blevet diskuteret i årevis, men forskerne ved Wiens teknologiske universitet har nu direkte observeret klyngerne af atomerne. "Vi bruger palladiumatomer på ekstremt rene jernoxidoverflader i et ultrahøjt vakuumkammer. I flere timer har vi tager billeder af overfladen med et scannende tunnelmikroskop ", siger Gareth Parkinson (Vienna University of Technology). Disse billeder blev derefter lavet til en film, hvor de enkelte atomers stier kunne spores.

Skyhook -effekten

Ved hjælp af denne teknik, forskergruppen opdagede, at den hurtige atomdans på overfladen initieres af kulilte -molekyler, som binder til individuelle palladiumatomer. Så snart dette sker, palladium er næppe forbundet med jorden og kan bevæge sig næsten frit, som om det var blevet løftet ud af kulilten. "Dette er kendt som skyhook -effekten", siger Zbynek Novotny (Vienna University of Technology) .Kulilte og palladium bevæger sig lykkeligt sammen på tværs af overfladen, indtil de kolliderer med andre 'dansende par'. Derefter, de hænger sammen og skaber en lille klynge, der fortsætter med at vokse.

Hydroxyl mod klynger?

Med den nye mulighed for at se gruppering i realtid under mikroskopet, mekanismerne kan nu studeres detaljeret:"Vi opdagede, at OH -grupper på overfladen kan undertrykke klyngeeffekten", siger Gareth Parkinson. Hvis kulilte-palladium-par ikke støder på hinanden, men find i stedet en OH -gruppe, de bliver fanget der og kan ikke danne en klynge. En hydroxylcoating af overfladen kan derfor føre til en signifikant forbedring af katalysatorernes stabilitet.