Forskare kan nu observera en aldrig tidigare sett atomomvandling som kan äga rum i många katalytiska reaktioner, tack till forskare vid Binghamton University och Brookhaven National Laboratory.

Den nya studien utarbetades med syftet att lära sig mer om vissa katalytiska transformationer, såsom omvandling av giftig kolmonoxid (CO) till giftfria gaser som koldioxid (CO2). Minskande föroreningar som CO kan effektivt realiseras genom att använda metalloxider och/eller ädelmetaller för att underlätta transformationen. Redoxreaktionerna, antingen oxidationen av en metall eller reduktionen av en metalloxid, skapa metall/oxid -gränssnittet som kan vara de kritiska platserna för att förbättra den katalytiska reaktiviteten på grund av synergiska interaktioner vid gränssnittet.

Dock, att visualisera atomförändringen som den sker vid metall/oxid -gränssnittet har traditionellt ansetts omöjligt. En massa komplicerade problem, inklusive provberedningsfel och en oförmåga att fånga ändringen vid det begravda gränssnittet och i realtid, har hindrat forskare från att helt kunna studera atomer som genomgår oxidation eller reduktion.

"Det är för litet. Vi kan inte använda ett traditionellt mikroskop. Med atomskala, vi behöver inte bara ett kraftfullt mikroskop, men vi måste också se till att varje detalj täcks för att undvika kontaminering. Även en atom på sin plats kan förändra det vi kan se, "sade professor Guangwen Zhou från Binghamton University.

Teamet använde ett transmissionselektronmikroskop (TEM) för studien, ett verktyg som har funnits sedan 1935 och har utvecklats dramatiskt under de senaste åren med införlivandet av aberrationskorrektionstekniker och miljöförmåga. Elektronikmikroskopiteknikerna in situ gjorde det möjligt för forskarna att direkt undersöka atomförändringen som orsakas av exponering av H2 för kopparoxid, ett material som används i oxiderande/reducerande miljöer för en mängd olika tillämpningar, inklusive katalytisk oxidation av CO till CO2.

"Det som forskare har kämpat mest med är att se förändringen in situ, "sade Zhou. Att se atomförändringen på plats betyder att forskare inte bara kunde se att transformationen hade skett, men se processen som det hände.

"Vi bestämde oss för att börja med att titta på redoxreaktionen eftersom det är en så vanlig omvandling som forskare inte har kunnat observera tidigare i så liten skala, "sa Zhou." Vi planerar att fortsätta de metoder som vi använde i denna studie för att observera de olika typerna av transformationer som andra molekyler genomgår. "

Studien, med titeln "In situ atomskala avbildning av metall/oxid gränssnittstransformationen, "publicerades i Naturkommunikation tidning online.