At forstå katalysatorer på atomniveau kan give et renere miljø

Ved at studere materialer ned til atomniveau, forskere ved Chalmers University of Technology, Sverige, har fundet en måde at gøre katalysatorer mere effektive og miljøvenlige. Resultaterne er blevet offentliggjort i Naturkommunikation . Metoderne kan bruges til at forbedre mange forskellige typer katalysatorer.

Katalysatorer er materialer, der forårsager eller fremskynder kemiske reaktioner. For de fleste af os, vores første tanke er sandsynligvis katalysatorer i biler, men katalysatorer bruges på en række områder af samfundet - det er blevet anslået, at katalysatorer bruges til fremstilling af mere end 90 procent af alle kemikalier og brændstoffer. Uanset hvordan de bruges, katalysatorer fungerer gennem komplekse atomprocesser. I det nye studie fra Chalmers University of Technology, fysikforskere kombinerede to tilgange til at tilføje et nyt stykke til katalysatorpuslespillet. De brugte avanceret, elektronmikroskopi i høj opløsning og nye former for computersimuleringer.

"Det er fantastisk, at det er lykkedes os at strække grænserne og opnå en sådan præcision med elektronmikroskopi. Vi kan se præcis, hvor og hvordan atomerne er arrangeret i strukturen. Ved at have picometernøjagtighed - det vil sige, et præcisionsniveau ned til en hundrededel af et atoms diameter - vi kan i sidste ende forbedre materialegenskaberne og dermed den katalytiske ydeevne, "siger Torben Nilsson Pingel, forsker ved Institut for Fysik på Chalmers og en af ​​forfatterne til den videnskabelige artikel.

Gennem dette arbejde, det er lykkedes ham og hans kolleger at vise, at picometerniveauændringer i atomafstand i metalliske nanopartikler påvirker katalytisk aktivitet. Forskerne kiggede på nanopartikler af platin ved hjælp af sofistikerede elektronmikroskoper i Chalmers Material Analysis Laboratory. Med metodeudvikling af Andrew Yankovich, forskerne har været i stand til at forbedre nøjagtigheden og kan nu endda nå præcisionen i underpikometret. Deres resultater har nu brede konsekvenser.

"Vores metoder er ikke begrænset til specifikke materialer, men i stedet baseret på generelle principper, der kan anvendes på forskellige katalytiske systemer. Da vi kan designe materialerne bedre, vi kan få både mere energieffektive katalysatorer og et renere miljø, "siger Eva Olsson, Professor ved Institut for Fysik på Chalmers.

Arbejdet blev udført inden for rammerne af Kompetencecenter for katalyse på Chalmers. For at undersøge, hvordan små ændringer i atomafstand virkelig påvirker den katalytiske proces, Mikkel Jørgensen og Henrik Grönbeck, Ph.d. studerende og professor ved henholdsvis Institut for Fysik udført avancerede computersimuleringer på det nationale computercenter, ligger ved Chalmers. Ved hjælp af oplysninger fra mikroskopet, de var i stand til at simulere præcis, hvordan den katalytiske proces påvirkes af små ændringer i atomafstande.

"Vi udviklede en ny metode til at lave simuleringer for katalytiske processer på nanopartikler. Da vi har været i stand til at bruge reelle værdier i vores beregningsmodel, vi kan se, hvordan reaktionen kan optimeres. Katalyse er et vigtigt teknologiområde, så hver forbedring er et værdigt fremskridt - både økonomisk og miljømæssigt, ”siger Henrik Grönbeck.

Artiklen, "Indflydelse af atom-stedsspecifik stamme på katalytisk aktivitet af understøttede nanopartikler, "er blevet offentliggjort i Naturkommunikation .