Enstaka Pd-atomer är synliga på ytan.
(Phys.org) — Katalysatorer kan sluta fungera när atomer på ytan börjar röra sig. Vid Wiens tekniska universitet, denna atomdans kunde nu observeras och förklaras.
Ensamma människor som står i en balsal brukar inte röra sig mycket. Det är först när de hittar en lämplig danspartner som snabba rörelser sätter in. Atomer på järnoxidytor beter sig på ett liknande sätt:Endast med rätt molekylär partner dansar de över ytan. Forskare vid Wiens tekniska universitet har nu filmat atomerna, bevisar att kolmonoxid är den partner som ansvarar för den snabba rörelsen. Deras filmer visar att rörelsen leder direkt till klustring – en effekt som kan göra stor skada i katalysatorer. Resultaten har nu publicerats i tidskriften Naturmaterial .
Kluster – Vilket slöseri med atomer!
"Metaller som guld eller palladium används ofta som katalysatorer för att påskynda vissa kemiska reaktioner", säger professor Ulrike Diebold (Institutet för tillämpad fysik, Wiens tekniska universitet). När atomerna slår ihop, de flesta av dem kommer inte längre i kontakt med den omgivande gasen och den katalytiska effekten minskar drastiskt. Av denna anledning, Ulrike Diebolds team undersöker hur kluster bildas från enstaka atomer på en yta, och söka efter sätt att hämma processen.
Pd-atomen på ytan (överst) lyfts upp av CO-molekylen, låter den diffundera.
Teorier om denna effekt har diskuterats i åratal, men forskarna vid Wiens tekniska universitet har nu direkt observerat klustringen av atomerna. "Vi använder palladiumatomer på en extremt ren järnoxidyta i en ultrahögvakuumkammare. Under flera timmar, vi tar bilder av ytan med ett scanning tunnelmikroskop", säger Gareth Parkinson (Wiens tekniska universitet). Dessa bilder gjordes sedan till en film, där de enskilda atomernas vägar kunde spåras.
Skyhook-effekten
Genom att använda denna teknik, forskargruppen upptäckte att den snabba atomdansen på ytan initieras av kolmonoxidmolekyler, som binder till individuella palladiumatomer. Så fort detta händer, palladium är knappt anslutet till marken och kan röra sig nästan fritt, som om det hade lyfts ut av kolmonoxiden. "Detta är känt som skyhook-effekten", säger Zbynek Novotny (Wiens tekniska universitet). Kolmonoxiden och palladium rör sig glatt tillsammans över ytan, tills de kolliderar med andra "danspar". Sedan, de håller ihop och skapar ett litet kluster som fortsätter att växa.
Hydroxyl mot klustring?
Med den nya möjligheten att se klustring i realtid under mikroskopet, mekanismerna kan nu studeras i detalj:"Vi upptäckte att OH-grupper på ytan kan undertrycka klustringseffekten", säger Gareth Parkinson. Om kolmonoxid-palladiumparen inte möter varandra, men istället hitta en OH-grupp, de fastnar där och kan inte bilda en klunga. En hydroxylbeläggning av ytan skulle därför kunna leda till en betydande förbättring av katalysatorernas stabilitet.
