Gli scienziati sono ora in grado di osservare una trasformazione atomica mai vista prima che può aver luogo in molte reazioni catalitiche, grazie ai ricercatori della Binghamton University e del Brookhaven National Laboratory.
Il nuovo studio è partito con l'obiettivo di saperne di più su alcune trasformazioni catalitiche come la conversione del monossido di carbonio tossico (CO) in gas privi di veleno come l'anidride carbonica (CO2). La riduzione di inquinanti come la CO può essere efficacemente realizzata utilizzando ossidi metallici e/o metalli nobili per facilitarne la trasformazione. Le reazioni redox, o l'ossidazione di un metallo o la riduzione di un ossido di metallo, creare l'interfaccia metallo/ossido che possono essere i siti critici per potenziare la reattività catalitica a causa di interazioni sinergiche all'interfaccia.
Però, visualizzare il cambiamento atomico come avviene all'interfaccia metallo/ossido è stato tradizionalmente considerato impossibile. Una sfilza di problemi complicati, inclusi errori di preparazione del campione e l'impossibilità di acquisire il cambiamento nell'interfaccia interrata e in tempo reale, hanno impedito agli scienziati di poter studiare completamente gli atomi che attraversavano l'ossidazione o la riduzione.
"È troppo piccolo. Non possiamo usare un microscopio tradizionale. Con scala atomica, non abbiamo solo bisogno di un potente microscopio, ma dobbiamo anche assicurarci che ogni dettaglio sia coperto per evitare la contaminazione. Anche un atomo fuori posto potrebbe cambiare ciò che siamo in grado di vedere, ", ha affermato il professor Guangwen Zhou della Binghamton University.
Il team ha utilizzato un microscopio elettronico a trasmissione (TEM) per lo studio, uno strumento che esiste dal 1935 e si è evoluto notevolmente negli ultimi anni con l'incorporazione di tecniche di correzione dell'aberrazione e capacità ambientali. Le tecniche di microscopia elettronica in situ hanno permesso ai ricercatori di sondare direttamente il cambiamento atomico indotto dall'esposizione di H2 all'ossido rameoso, un materiale utilizzato in ambienti ossidanti/riducenti per una varietà di applicazioni compresa l'ossidazione catalitica di CO in CO2.
"La cosa con cui gli scienziati hanno lottato di più è osservare la trasformazione in situ, " ha detto Zhou. Vedere il cambiamento atomico in situ significa che i ricercatori sono stati in grado non solo di vedere che la trasformazione era avvenuta, ma guarda il processo come è successo.
"Abbiamo deciso di iniziare osservando la reazione redox perché è una trasformazione così comune che gli scienziati non sono stati in grado di osservare prima su una scala così piccola, " ha detto Zhou. " Abbiamo in programma di continuare le pratiche che abbiamo impiegato in questo studio per osservare i vari tipi di trasformazioni che altre molecole attraversano ".
Lo studio, intitolato "Imaging in situ su scala atomica della trasformazione interfacciale metallo/ossido, " è stato pubblicato nel Comunicazioni sulla natura diario in linea.
