Forskere observerer metal til metaloxid progression

En katalysators anvendelighed påvirkes af dens overfladeladning og hvordan ladningen overføres. Indtil for nylig, at studere ladningsoverførsel har baseret sig på komplekse billeddannelsesteknikker, der er både dyre og tidskrævende. Forskere ved Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST) rapporterer en tilgang til undersøgelse af ladningsoverførsel, der ikke er afhængig af kompliceret udstyr - hvilket forenkler realtidsobservation af katalyse.

Holdet beskriver en eksperimentel opsætning ved hjælp af en lillebitte rutheniumkatalysator, en nanocluster, der reagerer med ilt i luften, når den opvarmes til høje temperaturer. Denne oxidationsreaktion detekteres af en støttestruktur, der er fastgjort til katalysatoren, som giver en live-aflæsning til en computer. Ruthenium kan bruges til at detektere ånde acetone, som er en biomarkør for forskellige sygdomstilstande, men dette setup har også større værdi ved at demonstrere præcis, hvordan katalysatorer letter en reaktion.

"I bund og grund, den vedhæftede støttestruktur registrerer en ændring i strøm, svarende til en ændring i katalysatornanoclusteren, "forklarer Dr. Alexander Porkovich, første forfatter til undersøgelsen, udgivet i ACS Nano . "I dette tilfælde, den ændring er et skift i oxidationstilstanden, da ruthenium reagerer med ilt."

"Når man studerer fænomener for overførsel af afgift, vi er interesserede i grænsefladen mellem katalysatoren og støtten - og denne eksperimentelle opsætning er ideel. Med sådan en ren grænseflade, vi kan være sikre på, at vores data nøjagtigt fanger den udfoldende oxidationsreaktion."

Dette papir føjer sig til den voksende mængde litteratur, der bringer skjult katalytisk aktivitet frem i lyset, tage observationer in situ - så reaktionen kan foregå uforstyrret. Disse aflæsninger, kaldet kronokonduktometriske målinger, er en nyttig udvikling inden for metodologi, og de er suppleret med andre tilgange til at validere rutheniums ændring i struktur, kemisk bestilling, og overfladeladning. Kombineret, disse teknikker giver et komplet og pålideligt billede af reaktionsmekanikken.

Undersøgelsen fremhæver også vigtigheden af ​​ruthenium-nanoklyngens struktur. Ruthenium var bundet til understøtningen i to forskellige konfigurationer, hver udviser forskellig mekanik, når de reagerer med ilt. En struktur reagerer mere fuldstændigt med ilt, der henviser til, at den anden bevarer en inert kerne. Dette rejser yderligere spørgsmål om, hvordan strukturen af ​​nanokluster påvirker katalyse, og hvilken konformation af ruthenium kan være bedre egnet til industrielle applikationer.

At forstå ladningsoverførselsfænomener har også nytte ud over katalyse, herunder studiet af overfladeplasmoner anvendt i elektronmikroskopi, og materialer, der kræves i solenergienheder. Udforske disse systemer med lignende in situ, krono-konduktometriske målinger kunne kaste yderligere lys over vigtige industrielle processer.