Sulla superficie sono visibili singoli atomi di Pd.
(Phys.org) — I catalizzatori possono smettere di funzionare quando gli atomi sulla superficie iniziano a muoversi. All'Università di Tecnologia di Vienna, questa danza degli atomi poteva ora essere osservata e spiegata.
Le persone sole in piedi in una sala da ballo non tendono a muoversi molto. È solo quando trovano un partner di ballo adatto che inizia il movimento rapido. Gli atomi sulle superfici di ossido di ferro si comportano in modo simile:solo con il giusto partner molecolare danzano sulla superficie. Gli scienziati dell'Università di Tecnologia di Vienna hanno ora filmato gli atomi, dimostrando che il monossido di carbonio è il partner responsabile del movimento rapido. I loro film mostrano che il movimento porta direttamente al raggruppamento, un effetto che può causare gravi danni ai catalizzatori. I risultati sono stati ora pubblicati sulla rivista Materiali della natura .
Cluster – Che spreco di atomi!
"Metalli come l'oro o il palladio sono spesso usati come catalizzatori per accelerare determinate reazioni chimiche", afferma la professoressa Ulrike Diebold (Istituto di fisica applicata, Politecnico di Vienna). Quando gli atomi si uniscono, la maggior parte di essi non entra più in contatto con il gas circostante e l'effetto catalitico diminuisce drasticamente. Per questa ragione, Il team di Ulrike Diebold indaga su come si formano i cluster da singoli atomi su una superficie, e cercare modi per inibire il processo.
L'atomo di Pd sulla superficie (in alto) viene sollevato dalla molecola di CO, permettendogli di diffondersi.
Le teorie su questo effetto sono state discusse per anni, ma i ricercatori dell'Università di Tecnologia di Vienna hanno ora osservato direttamente il raggruppamento degli atomi. "Stiamo usando atomi di palladio su superfici di ossido di ferro estremamente pulite in una camera a vuoto ultraelevato. Per diverse ore, scattiamo immagini della superficie con un microscopio a scansione a effetto tunnel", dice Gareth Parkinson (Università di Tecnologia di Vienna). Queste immagini sono state poi trasformate in un film, in cui si potevano tracciare i percorsi dei singoli atomi.
L'effetto skyhook
Utilizzando questa tecnica, il team di ricerca ha scoperto che la rapida danza atomica sulla superficie è iniziata da molecole di monossido di carbonio, che si legano ai singoli atomi di palladio. Non appena ciò accade, il palladio è difficilmente connesso al suolo e può muoversi quasi liberamente, come se fosse stato sollevato dal monossido di carbonio. "Questo è noto come effetto skyhook", dice Zbynek Novotny (Università tecnologica di Vienna). Il monossido di carbonio e il palladio si muovono felicemente insieme sulla superficie, fino a quando non si scontrano con altre "coppie danzanti". Quindi, si uniscono creando un piccolo grappolo che continua a crescere.
Idrossile contro il clustering?
Con la nuova possibilità di guardare il clustering in tempo reale al microscopio, i meccanismi possono ora essere studiati in dettaglio:"Abbiamo scoperto che i gruppi OH sulla superficie possono sopprimere l'effetto clustering", dice Gareth Parkinson. Se le coppie monossido di carbonio-palladio non si incontrano, ma invece trova un gruppo OH, rimangono intrappolati lì e non possono formare un cluster. Un rivestimento ossidrilico della superficie potrebbe quindi portare ad un significativo miglioramento della stabilità dei catalizzatori.
