De rostiga naglarna på en rostad nagel är ett säkert tecken på att en oönskad kemisk reaktion har inträffat vid ytan. Förstå hur molekyler och atomer beter sig med varandra, speciellt på ytor, är central för att hantera båda önskvärda kemiska reaktioner, såsom katalys, och oönskade reaktioner, som en spiks korrosion. Ändå har området för ytkemi utmanats i nästan 100 år för att utveckla prediktiva teorier för dessa reaktioner. Nu är det framsteg, tack vare ett nytt tillvägagångssätt.

I en presentation vid det 64:e AVS International Symposium and Exhibition i Tampa, Florida, 31 oktober-nov. 2, 2017, Alec M. Wodtke och kollegor från Max Planck Institute for Biophysical Chemistry i Göttingen, Tyskland, kommer att presentera vad de kallar en "provisorisk modell" för ytkemi. I sitt arbete beskriver de hur ett fruktbart samspel mellan experiment och teori kan leda till exakta atomskala simuleringar av enkla reaktioner vid metallytor.

Ge konkreta exempel, de visar att för väteatomers interaktioner med metaller - en viktig approximation i många teorier - misslyckas Born-Oppenheimer approximationen för väteatominteraktioner med metaller, men är giltig för interaktioner med grafen. Intressant, väteinteraktioner på grafen påverkas starkt av valet av metallsubstrat på vilket grafenen odlas. Detta gör studien till ett hett ämne på grund av grafenens potential i konsumenttillämpningar, från medicinsk utrustning till datorer.

I en annan presentation är denna session för ytvetenskap, Arthur L. Utz från Tufts University i Massachusetts och hans kollegor kommer att beskriva de lovande resultaten av ett samarbete med Kroes Group vid Leiden University, Nederländerna, använder en ny beräkningsmetod för att förutsäga reaktiviteten hos metanmolekyler som reagerar på en ren nickelyta.

Trots betydande skillnader i energifördelning, efterföljande beräkningar gav kemiskt exakta förutsägelser av reaktivitet för termiskt exciterade och vibrationstillstånd-selekterade molekyler, och även för olika ytstrukturer, ett fynd som ska påskynda upptäckten av material.

Teamets tillvägagångssätt tillåter utredare att förutsäga andelen molekyler som reagerar på en katalytiskt aktiv yta med mycket högre noggrannhet än vad som tidigare varit möjligt. Resultaten av denna forskning kan hjälpa till att påskynda upptäckten av nya material.