Одиночных атомов в качестве катализаторов

Они делают наши автомобили более экологичными и они незаменимы для химической промышленности: катализаторы, сделать определенные химические возможных реакций-таких, как степень превращения со В СО2 в выхлопных газах-что бы в противном случае происходить очень медленно или не на всех. Поверхность физики в техническом университете Вены уже сейчас достигнут важный прорыв; атомы металла может быть размещен на поверхности металла оксидных, так что они показывают ровно нужные химические свойства. Многообещающие результаты с атомами иридия были недавно опубликованы в журнале Angewandte Chemie для.

Все меньше и меньше … все, вплоть до одного атома

Для выхлопных газов автомобилей, используемых твердых катализаторов, таких как платина. Газ вступает в контакт с металлической поверхностью, где он реагирует с другими газовыми компонентами. «Только самый верхний слой атомов металла может играть роль в этом процессе. Газ никогда не сможет достичь атомов внутри металла, так они в основном впустую», — говорит профессор Гарет Паркинсон из Института прикладной физики в техническом университете Вены. Поэтому имеет смысл построить катализатор не в виде одного большого куска металла, а в виде мелких гранул. Это делает количество активных атомов как можно выше. Так много важных каталитических материалов (таких, как платина, золото или палладий) стоят очень дорого, стоимость является основным вопросом.

В течение многих лет предпринимались усилия, чтобы превратить катализаторов в более и более тонкие частицы. В лучшем случае, катализатором может быть составлена из отдельных атомов катализатора, и все будут активны в только правильный путь. Однако это легче сказать, чем сделать. «Когда атомы металла осаждаются на поверхности металла оксидных, они, как правило, имеют очень сильную тенденцию к комку совместно и форма наночастиц», — пояснил Гарет Паркинсон.

Вместо присоединения активных атомов металла на поверхности, это также возможно, чтобы включить их в молекулы с умело выбранными соседними атомами. Молекулы реагентов и затем растворяется в жидкости, и химические реакции там происходят.

Оба варианта имеют свои преимущества и недостатки. Твердые металлические катализаторы имеют более высокую пропускную способность, и может работать в непрерывном режиме. С жидкими катализаторами, с другой стороны, легче адаптировать молекул по мере необходимости, но продукт и катализатор должны быть снова разделены.

Лучшее из обоих миров

Команда Паркинсона в TU Wien есть работает над тем, чтобы объединить преимущества обоих вариантов: «в течение многих лет мы работаем на обработка металлических оксидных слоев в контролируемой манере и визуализации их под микроскопом», — говорит Гарет Паркинсон. «Благодаря этому опыту, мы сейчас одна из немногих лабораторий в мире, которые могут включать атомы металла на поверхности твердого тела в определенном направлении».

Во многом таким же образом, как жидким катализатором молекулы предназначены, становится возможным выбрать соседних атомов на поверхности, что было бы наиболее выгодным с точки зрения химии, и специальной поверхностью-физика уловок, которые позволяют включить их в твердую матрицу на специальной железной окалины поверхность. Это может быть использовано, например, для преобразования монооксида углерода в диоксид углерода.

Оптимальное управление

«Один катализа атом является новой, чрезвычайно перспективной области исследований», — говорит Гарет Паркинсон. «Там уже были захватывающие измерений с такими катализаторами, но до сих пор было не известно, почему они так хорошо работали. Теперь, впервые, у нас есть полный контроль над атомным свойствам поверхности и может ясно доказать это с помощью изображений с электронного микроскопа.»