L'utilità di un catalizzatore è influenzata dalla sua carica superficiale e dal modo in cui tale carica viene trasferita. Fino a poco tempo fa, lo studio del trasferimento di carica si è basato su complesse tecniche di imaging che sono sia costose che dispendiose in termini di tempo. Gli scienziati dell'Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST) riportano un approccio per studiare il trasferimento di carica che non si basa su apparecchiature complicate, semplificando l'osservazione in tempo reale della catalisi.

Il team descrive una configurazione sperimentale che utilizza un minuscolo catalizzatore di rutenio, un nanocluster, che reagisce con l'ossigeno nell'aria quando riscaldato ad alte temperature. Questa reazione di ossidazione viene rilevata da una struttura di supporto fissata al catalizzatore che fornisce una lettura in tempo reale a un computer. Il rutenio può essere utilizzato per rilevare l'acetone nel respiro, che è un biomarcatore per vari stati patologici, ma questa configurazione ha anche un valore più ampio nel dimostrare esattamente come i catalizzatori facilitano una reazione.

"Essenzialmente, la struttura di supporto annessa rileva un cambiamento di corrente, corrispondente a un cambiamento nel nanocluster catalizzatore, " spiega il dottor Alexander Porkovich, primo autore dello studio, pubblicato in ACS Nano . "In questo caso, quel cambiamento è un cambiamento nello stato di ossidazione poiché il rutenio reagisce con l'ossigeno."

"Quando si studiano i fenomeni di trasferimento di carica, siamo interessati all'interfaccia tra il catalizzatore e il supporto e questa configurazione sperimentale è l'ideale. Con un'interfaccia così pulita, possiamo essere certi che i nostri dati catturino accuratamente la reazione di ossidazione in corso."

Questo articolo si aggiunge al crescente corpo di letteratura portando alla luce attività catalitiche nascoste, prendere osservazioni in situ, permettendo alla reazione di svolgersi imperturbabile. Queste letture, misure cronoconduttometriche soprannominate, costituiscono un'utile evoluzione metodologica, e sono integrati con altri approcci per convalidare il cambiamento nella struttura del rutenio, ordinamento chimico, e carica superficiale. Combinato, queste tecniche forniscono un quadro completo e affidabile della meccanica di reazione.

Lo studio evidenzia anche l'importanza della struttura del nanocluster di rutenio. Il Rutenio era legato al supporto in due distinte configurazioni, ciascuno esibendo meccanismi diversi quando reagisce con l'ossigeno. Una struttura reagisce più pienamente con l'ossigeno, mentre l'altro conserva un nucleo inerte. Ciò solleva ulteriori domande su come la struttura del nanocluster influisca sulla catalisi, e quale conformazione del rutenio può essere più adatta alle applicazioni industriali.

Comprendere i fenomeni di trasferimento di carica ha anche un'utilità oltre la catalisi, compreso lo studio dei plasmoni di superficie impiegati nella microscopia elettronica, e materiali richiesti nei dispositivi di energia solare. Esplorando questi sistemi con simili in situ, le misurazioni cronoconduttometriche potrebbero gettare ulteriore luce su importanti processi industriali.