Figura a sinistra: le molecole di ossigeno si avvicinano alla superficie del catalizzatore a bassa velocità. I gradini sulla superficie disperdono le molecole in uno stato "fisisorbito" debolmente legato. Da li, le molecole possono facilmente trovare la loro strada verso un sito dove si legano chimicamente e infine si dissociano. Sulle terrazze atomicamente piatte, la dispersione nella fase gassosa è molto più probabile. Poiché lo stato fisisorbito è debolmente legato, assomiglia molto alla molecola in fase gassosa. In entrambe, la molecola può ruotare. Il processo di dispersione quindi non dipende dall'allineamento iniziale della molecola. Figura a destra:ad alta velocità incidente, L'O2 può essere adsorbito direttamente in uno stato legato chimicamente. alle terrazze, molecole che l'elicottero hanno una maggiore possibilità di legarsi rispetto a quelle che "carthweel". Solo a gradini, le molecole di cartwheeling sono sensibili all'allineamento. Le molecole che ruotano lungo il bordo dei gradini (rotazione verde scuro) si attaccano più facilmente al bordo rispetto a quelle che ruotano contro il bordo (rotazione verde chiaro). Credito:Università di Leiden
Il platino è un catalizzatore ampiamente utilizzato, ma il suo preciso meccanismo rimane in gran parte un mistero per gli scienziati. Ludo Juurlink ha ora dimostrato per la prima volta come reagisce l'ossigeno sulla superficie del platino. Insieme al dottorato studenti Kun Cao e Richard van Lent e colleghi internazionali, ha pubblicato le sue scoperte in PNAS .
All'inizio di quest'anno, Juurlink ha risolto un problema di chimica vecchio di 40 anni, insieme a Richard van Lent e l'istituto DIFFER. Utilizzando un'esclusiva superficie curva in platino, ha dimostrato come reagisce l'idrogeno sul platino. Nella sua attuale ricerca, usò di nuovo il platino curvo, questa volta studiando la reazione con l'ossigeno.
Questo ha portato a una scoperta interessante. Juurlink e colleghi hanno osservato che l'ossigeno reagisce sul platino in modo diverso rispetto all'idrogeno molto più leggero. Il platino curvo è stato ancora una volta cruciale per questa scoperta. "Poiché la superficie di platino è curva, la struttura atomica cambia molto gradualmente lungo la superficie, " spiega Juurlink. Questa struttura può essere paragonata a una scala con gradini che diventano sempre più stretti verso i bordi. Al centro, la superficie sembra più una sala da ballo."
La reattività dell'idrogeno si è rivelata dipendere da quanto vicini sono gli stadi del catalizzatore l'uno all'altro. Questo è anche il caso dell'ossigeno, ma per un motivo fondamentalmente diverso. "I passaggi hanno un effetto diverso sull'ossigeno rispetto all'idrogeno".
Secondo Juurlink, questo ha principalmente a che fare con la maggiore massa di ossigeno. "Poiché l'ossigeno è più pesante dell'idrogeno, l'interazione con la superficie del platino parte da una distanza maggiore, " dice. "La molecola di ossigeno sente già l'interazione con il platino, ma non riesco ancora a vedere i dettagli. Di conseguenza, la reazione avviene in modo diverso rispetto all'idrogeno."
Per l'esperimento, era necessario controllare il senso di rotazione delle molecole di ossigeno. Ciò ha richiesto la cooperazione con un collega giapponese, Mitsunori Kurahashi, che ha costruito un dispositivo unico per questo scopo. "L'anno scorso, Ho avuto l'opportunità di effettuare misurazioni nel suo laboratorio per due settimane su una borsa di studio dell'istituto dove lavora Kurahashi, "dice Juurlink.
"Questa è una bellissima scoperta fondamentale, conclude Juurlink, che può avere un impatto anche sulle applicazioni esistenti. La reazione dell'ossigeno al platino è essenziale nel settore dell'energia sostenibile e nel miglioramento della qualità dell'aria. "Per esempio, la reazione avviene nelle celle a combustibile a idrogeno e nei sistemi di scarico delle auto, " dice il chimico. "Il fatto che ora possiamo misurare come procede la reazione a un livello così dettagliato, pone sfide ai modelli teorici che descrivono questa reazione chimica e fanno previsioni al riguardo".
