Scienziati della National University of Singapore (NUS) hanno ripreso i cambiamenti strutturali nei catalizzatori di metalli nobili durante l'ossidazione del monossido di carbonio (CO), mostrando che i catalizzatori commutano tra stati inattivi e attivi a seconda della temperatura.

Significativi sforzi di ricerca sono stati dedicati allo sviluppo di catalizzatori con prestazioni più elevate, in quanto possono ridurre il costo energetico del mantenimento di una reazione chimica. Però, tali sforzi sono spesso limitati dalla mancanza di informazioni dettagliate sui cambiamenti strutturali dei catalizzatori durante queste reazioni chimiche. I catalizzatori possono cambiare la loro struttura in base alle condizioni di reazione, ma la maggior parte degli strumenti analitici disponibili non è in grado di catturare questi cambiamenti in ambienti operativi realistici.

Un gruppo di ricerca guidato dal Prof Utkur MIRSAIDOV del Dipartimento di Fisica e del Dipartimento di Scienze Biologiche, NUS ha dimostrato l'imaging diretto dei cambiamenti strutturali nelle nanoparticelle di palladio (Pd) che agiscono come catalizzatori durante la reazione di ossidazione della CO a pressioni atmosferiche utilizzando la microscopia elettronica a trasmissione operando all'avanguardia (TEM). Le osservazioni hanno mostrato che a seconda della temperatura, i catalizzatori hanno due strutture distinte. La trasformazione da una struttura dominata da sfaccettature a basso indice a una struttura arrotondata dovuta all'aumento della temperatura è associata a una transizione di catalizzatore inattivo ad attivo. La riduzione della temperatura inverte il cambiamento strutturale e le nanoparticelle tornano alla loro struttura inattiva. Risultati della modellazione termodinamica del Dr. Alexander GENEST e del suo team presso l'Institute of High Performance Computing, Agenzia per la Scienza, Tecnologia e ricerca hanno confermato le loro scoperte sperimentali secondo cui la struttura a bassa temperatura contiene siti meno attivi sulla sua superficie ed è quindi meno attiva rispetto alla struttura ad alta temperatura.

Dottor See Wee CHEE, il primo autore del giornale, disse, "Queste osservazioni sulle trasformazioni reversibili nei catalizzatori hanno importanti implicazioni per la comunità della catalisi. L'approccio convenzionale per la caratterizzazione dei catalizzatori prevede la rimozione dei catalizzatori dalle loro condizioni di lavoro per le indagini successive. I nostri risultati mostrano che la struttura attiva del catalizzatore potrebbe non essere conservata durante tale processo e sottolinea l'importante ruolo operando gli studi giocano nella progettazione e nello sviluppo di nuovi catalizzatori."

Il gruppo sta progettando di estendere questi studi verso nanostrutture e reazioni più complesse che sono rilevanti per l'industria chimica.