Bild till vänster: Syremolekyler närmar sig katalysatorytan med låg hastighet. Stegen på ytan sprider molekylerna till ett svagt bundet "fysisorberat" tillstånd. Därifrån, molekylerna kan lätt hitta till en plats där de binder kemiskt och slutligen dissocierar. På de atomärt platta terrasserna, spridning tillbaka till gasfasen är mycket mer sannolikt. Eftersom det fysikaliska tillståndet är svagt bundet, den liknar starkt molekylen i gasfasen. I båda, molekylen kan rotera. Spridningsprocessen beror därför inte på molekylens initiala inriktning. Bild till höger:Vid hög infallshastighet, O2 kan direkt adsorberas till ett kemiskt bundet tillstånd. På terrasser, molekyler som helikopter har större chans att binda än de som "carthweel". Endast i steg, cartwheeling molekyler är känsliga för inriktningen. Molekyler som roterar längs stegkanten (mörkgrön rotation) fastnar lättare på kanten än de som roterar mot kanten (ljusgrön rotation). Kredit:Leiden University
Platina är en mycket använd katalysator, men dess exakta mekanism förblir till stor del ett mysterium för forskare. Ludo Juurlink har nu för första gången demonstrerat hur syre reagerar på platinaytan. Tillsammans med Ph.D. studenter Kun Cao och Richard van Lent och internationella kollegor, han har publicerat sina fynd i PNAS .
Tidigare i år, Juurlink löste ett 40-årigt problem inom kemi, tillsammans med Richard van Lent och DIFFER-institutet. Med hjälp av en unik böjd platinayta, han bevisade hur väte reagerar på platina. I sin nuvarande forskning, han använde återigen den böjda platinan, denna gång undersöker reaktionen med syre.
Detta har lett till en intressant upptäckt. Juurlink och kollegor observerade att syre reagerar på platina på ett annat sätt än det mycket lättare vätet. Den böjda platinan var återigen avgörande för denna upptäckt. "Eftersom platinaytan är böjd, atomstrukturen förändras mycket gradvis längs ytan, " förklarar Juurlink. Denna struktur kan liknas vid en trappa med steg som blir allt smalare mot kanterna. I mitten, ytan ser mer ut som en balsal."
Vätets reaktivitet visade sig bero på hur nära katalysatorstegen är varandra. Detta är också fallet med syre, men av en helt annan anledning. "Stegen har en annan effekt på syre än på väte."
Enligt Juurlink, detta har främst att göra med den större mängden syre. "Eftersom syre är tyngre än väte, interaktionen med platinaytan börjar från ett större avstånd, " säger han. "Syremolekylen känner redan interaktionen med platina, men kan ännu inte se detaljerna. Som ett resultat, reaktionen sker på ett annat sätt än med väte."
För experimentet, det var nödvändigt att kontrollera rotationsriktningen för syremolekylerna. Detta krävde samarbete med en japansk kollega, Mitsunori Kurahashi, som byggde en unik enhet för detta ändamål. "Förra året, Jag hade möjlighet att utföra mätningar i hans labb under två veckor på ett bidrag från institutet där Kurahashi arbetar, säger Juurlink.
"Detta är en vacker grundläggande upptäckt, avslutar Juurlink, vilket också kan påverka befintliga applikationer. Reaktionen av syre till platina är avgörande i den hållbara energisektorn och för att förbättra luftkvaliteten. "Till exempel, reaktionen sker i vätebränsleceller och i bilars avgassystem, " säger kemisten. "Det faktum att vi nu kan mäta hur reaktionen fortskrider på en så detaljerad nivå, ställer utmaningar för teoretiska modeller som beskriver denna kemiska reaktion och gör förutsägelser om den."
