Ny forskning visar att några små katalysatorer som övervägs för industriell skalad miljöanpassning kan vara instabila under drift.

Kemister från University of Waterloo studerade strukturerna för komplexa katalysatorer som kallas "nanoskala elektrokatalysatorer" och fann att de inte är så stabila som forskare en gång trodde. När elektricitet rinner genom dem under användning, atomerna kan ordna om. I vissa fall, fann forskarna, elektrokatalysatorer bryts ned helt.

Att förstå varför och hur denna omorganisation och nedbrytning sker är det första steget för att använda dessa nanoskala elektrokatalysatorer i miljöanpassningsinsatser som att ta bort atmosfäriska koldioxid och grundvattenföroreningar och omvandla dem till produkter av högre värde som bränslen.

"Nuvarande elektrokatalysatorer förlitar sig på komplexa nanoskala strukturer för att optimera deras effektivitet, sa Anna Klinkova, professor i Waterloos kemiska institution. "Vad vi hittade, dock, är att dessa komplexa nanomaterials överlägsna prestanda ofta kostar en gradvis strukturell nedbrytning, eftersom det finns en avvägning mellan deras effektivitet och stabilitet. "

Klinkova och hennes team upptäckte att omläggningen av atomer i katalysatorn berodde på typen av metall, strukturell form, och reaktionsbetingelserna för katalysatorn.

De identifierade två orsaker till omläggningarna. Vissa små molekyler kan tillfälligt fästa sig på katalysatorns yta och minska energin som behövs för att en atom ska röra sig över ytan. I andra fall, smala områden i katalysatorn koncentrerar elektronens ström, orsakar metallatomerna att förskjuta via en process som kallas elektromigration.

Elektromigration har tidigare identifierats inom mikroelektronik, men det är första gången den har anslutits till nanoskala katalysatorer.

Dessa fynd etablerar en ram för att bedöma strukturell stabilitet och kartlägga den förändrade geometrin för nanoskala katalysatorer, vilket är ett viktigt steg för att designa bättre katalysatorer i framtiden.

"Dessa strukturella effekter kan användas som en av designreglerna i framtida katalysatorutveckling för att maximera deras stabilitet, "Sa Klinkova." Du kan också avsiktligt framkalla rekonstruktion till en annan struktur som blir aktiv när reaktionen startar. "

Studien, "Samspel mellan elektrokemiska och elektriska effekter inducerar strukturella transformationer i elektrokatalysatorer, "publicerades nyligen i tidningen Naturkatalys.