Bilden till vänster visar den allmänna formen av en kubisk CeO2-nanopartikel. Bilderna till höger visar kantvyer av tre exponerade ytor med atomupplösning. Atommodellerna är överlagrade på de simulerade bilderna för att illustrera atompositioner. Kredit:Northwestern University
När det gäller att minska de toxiner som frigörs vid förbränning av bensin, kol, eller andra sådana bränslen, Katalysatorn måste vara pålitlig. Än, en lovande katalysator, ceriumdioxid (CeO 2 ), verkade oberäkneligt. Katalysatorns tre olika ytor uppförde sig olika. För första gången, forskare fick en atomärt löst syn på de tre strukturerna, inklusive placering av tidigare svårvisualiserade syreatomer. Denna information kan ge insikter om varför ytorna har distinkta katalytiska egenskaper.
Lösning av de tre olika atomära ytstrukturerna hos CeO 2 nanopartiklar ger insikt i hur man potentiellt kontrollerar nanopartiklarnas morfologi för att förbättra katalytisk selektivitet, aktivitet och stabilitet. Denna kunskap ger en möjlighet att potentiellt förbättra de katalytiska egenskaperna hos CeO 2 nanopartiklar i katalysatorer i fordon och andra applikationer.
Ceriumoxid (CeO 2 ) nanopartiklar används i stor utsträckning vid kemisk katalys. Typisk vd 2 katalytiska nanopartiklar har tre huvudytor exponerade:(100), (110) och (111). Tidigare studier visar att de olika katalytiska egenskaperna hos varje yta är nära relaterade till ytans atomära struktur. Tyvärr, forskare hade svårt att visualisera syreatomerna som packar dessa ytor. Utmaningen övervanns av ett team av forskare vid Northwestern University, Oak Ridge National Laboratory, och Argonne National Laboratory. Forskarna bestämde ytstrukturerna med det mest avancerade kromatiska och sfäriska aberrationskorrigerade elektronmikroskopet vid Argonne National Laboratory. Mikroskopet möjliggör tydlig avbildning av både cerium- och syreatomer.
För ytan med hög energi (100), närvaron av cerium, syre, och reducerade ceriumoxidavslutningar på den yttersta ytan såväl som de delvis upptagna gitterställena i området nära ytan (~1 nm från ytan) observerades direkt. Den oordnade ytan visar att den tidigare förståelsen av (100) ytan var alltför förenklad. För (110) ytan, en kombination av reducerad platt vd 2-x ytskikt och "sågtandsliknande" (111) nanofacetter existerar. Ytan (111) avslutas av ett syreskikt, precis som förväntat av tidigare modeller, och överensstämmer med dess höga stabilitet. Ytterligare, ytstrukturerna som härrör från mikroskopistudien överensstämmer med resultat från en makroskopisk infrarödspektroskopiundersökning. Variationen i ytdefektdensitet mellan dessa tre aspekter verkar vara ansvarig för deras skillnader i katalytisk aktivitet och öppnar potentiellt alternativ för att modifiera VD:s sidor 2 nanopartiklar för att utveckla ansiktselektiva katalysatorer.
