Sopra un foglio di grafene gettato come un tappeto su una superficie di metallo rutenio, atomi di ossigeno (sfere rosse nell'immagine in alto, piccole protuberanze sull'immagine in basso) cambiano la loro preferenza di rilegatura in un solo carbonio alla volta invece di due. Credito:Vassiliki-Alexandra Glezakou e Cortland Johnson, Laboratorio nazionale del Pacifico nord-occidentale
combustibili, plastica, e altri prodotti sono realizzati utilizzando catalizzatori, materiali che guidano le reazioni chimiche. Per progettare un catalizzatore migliore, gli scienziati devono mettere gli atomi giusti nel posto giusto. Il posizionamento degli atomi può essere difficile, ma nuove ricerche lo rendono più facile. I ricercatori hanno determinato la posizione esatta dei singoli atomi di ossigeno, che agiscono come ancore per catalizzatori. Nel caso di uno strato di atomi di carbonio sopra un supporto metallico, singoli atomi di ossigeno appaiono in punti prevedibili. Sapendo dove sono le ancore atomiche, il team può creare modelli di atomi catalitici, progettare ciò che è necessario per portare a termine il lavoro.
Creare catalizzatori che rendano le reazioni più veloci e meno dispendiose significa progettare i catalizzatori dal basso verso l'alto. Piuttosto che cercare tra innumerevoli possibilità, gli scienziati vogliono progettare le strutture giuste a livello molecolare. Una nuova ricerca fondamentale mostra agli scienziati come sfruttare punti precisi, dove gli atomi di ossigeno si legano al grafene, per costruire catalizzatori modello. Questa ricerca ridefinisce ciò che è noto sul legame dell'ossigeno, che è vitale per creare catalizzatori laboriosi.
La squadra ha iniziato con un pezzo piatto di metallo rutenio. Sopra il metallo, hanno coltivato il grafene, che è uno strato di carbonio dello spessore di un atomo. In questa struttura, alcuni atomi di carbonio si legano al metallo, mentre altri no. Combinando risorse sperimentali e computazionali, il team ha esaminato questi atomi di carbonio. Hanno mostrato che singoli atomi di ossigeno, che fungono da punti ideali per attaccare i siti catalitici, si legano preferenzialmente agli atomi di carbonio che sono vicini al metallo sottostante ma non ad esso legati. Siti meno preferiti per il legame con l'ossigeno sono tra due atomi di carbonio; atomi di carbonio che sono, a sua volta, legato al rutenio; e atomi di carbonio non legati lontano dal rutenio. Questa ricerca ridefinisce ciò che gli scienziati sanno sul legame dell'ossigeno agli atomi di carbonio sul grafene supportato da metallo. Il lavoro è vitale per la progettazione efficiente, catalizzatori selettivi.
