(PhysOrg.com) -- Ett forskarteam på RIKEN, Japans flaggskeppsforskningsorganisation har för första gången lyckats selektivt kontrollera för reaktionsprodukter i dissociationen av en enda vattenmolekyl på en ultratunn film. Reaktionen, beskrivs i numret av den 19 april Naturmaterial , öppnar dörren till skapandet av nya funktionella katalysatorer och applikationer inom ren energiproduktion.

På senare år har kunskapen om att material uppvisar nya egenskaper i nanoskala har drivit en sökning efter funktionella nanomaterial med användbara applikationer. Bland dessa, ultratunna metalloxidfilmer har uppmärksammats för deras tillämpning vid reaktionskatalys, ändå har mekanismerna bakom denna katalytiska roll förblivit oklara.

Med hjälp av ett skanningstunnelmikroskop (STM) vid ultralåga temperaturer, forskargruppen undersökte dynamiken hos enskilda vattenmolekyler som interagerar med en film av magnesiumoxid (MgO) med flera atomer i tjocklek (Figur 1).

De upptäckte att genom att injicera tunnel -elektroner i vattenmolekyler på MgO -ytan (figur 2), de kunde välja mellan dissociationsvägar:excitation av molekylens vibrationstillstånd inducerade dissociation till hydroxyl (H + OH) (Figur 3 (a) och (b)), medan excitation av dess elektroniska tillstånd inducerade dissociation till atomärt syre (O) (figur 3 (c) och (d)).

Den kontrollerade dissociationen av vattenmolekyler via utvalda reaktionsvägar ger unika möjligheter inom riktad katalys, särskilt vid produktion av väte, en potentiell källa till ren energi. Samtidigt som vi förstärker vår förståelse av dynamiken i vattenmolekyler, upptäckten sätter också scenen för tillämpningar i katalys av mer komplexa system på isolerande filmer.