L'immagine a sinistra mostra la forma generale di una nanoparticella cubica di CeO2. Le immagini a destra mostrano viste di taglio di tre superfici esposte a risoluzione atomica. I modelli atomici sono sovrapposti alle immagini simulate per illustrare le posizioni degli atomi. Credito:Northwestern University
Quando si tratta di ridurre le tossine rilasciate dalla combustione della benzina, carbone, o altri combustibili simili, il catalizzatore deve essere affidabile. Ancora, un promettente catalizzatore, biossido di cerio (CeO 2 ), sembrava irregolare. Le tre diverse superfici del catalizzatore si sono comportate in modo diverso. Per la prima volta, i ricercatori hanno ottenuto una visione risolta atomicamente delle tre strutture, compreso il posizionamento di atomi di ossigeno precedentemente difficili da visualizzare. Queste informazioni possono fornire informazioni sul motivo per cui le superfici hanno proprietà catalitiche distinte.
Risolvere le tre diverse strutture superficiali atomiche di CeO 2 le nanoparticelle forniscono informazioni su come controllare potenzialmente la morfologia delle nanoparticelle per migliorare la selettività catalitica, attività e stabilità. Questa conoscenza offre l'opportunità di migliorare potenzialmente le proprietà catalitiche del CeO 2 nanoparticelle in convertitori catalitici in veicoli e altre applicazioni.
Ossido di cerio (CeO 2 ) le nanoparticelle sono ampiamente utilizzate nella catalisi chimica. Tipico CeO 2 le nanoparticelle catalitiche hanno tre superfici principali esposte:(100), (110) e (111). Studi precedenti mostrano che le diverse proprietà catalitiche di ciascuna superficie sono strettamente correlate alla struttura atomica della superficie. Sfortunatamente, gli scienziati hanno avuto difficoltà a visualizzare gli atomi di ossigeno che imballano queste superfici. La sfida è stata vinta da un team di ricercatori della Northwestern University, Laboratorio nazionale di Oak Ridge, e Laboratorio Nazionale Argonne. I ricercatori hanno determinato le strutture superficiali utilizzando il microscopio elettronico più avanzato con correzione dell'aberrazione cromatica e sferica presso l'Argonne National Laboratory. Il microscopio consente di ottenere immagini nitide sia di cerio che di atomi di ossigeno.
Per la superficie ad alta energia (100), la presenza di cerio, ossigeno, e sono state osservate direttamente le terminazioni di ossido di cerio ridotte sulla superficie più esterna e i siti reticolari parzialmente occupati nella regione vicina alla superficie (~ 1 nm dalla superficie). La superficie disordinata dimostra che la precedente comprensione della superficie (100) era eccessivamente semplificata. Per la superficie (110), una combinazione di CeO . piatto ridotto 2-x esistono strati superficiali e nanofaccette "a dente di sega" (111). La superficie (111) è terminata da uno strato di ossigeno, proprio come anticipato dai modelli precedenti, e coerente con la sua elevata stabilità. Ulteriore, le strutture superficiali derivate dallo studio di microscopia sono coerenti con i risultati di un'indagine di spettroscopia infrarossa macroscopica. La variazione nella densità dei difetti superficiali tra queste tre sfaccettature sembra essere responsabile delle loro differenze nell'attività catalitica e potenzialmente apre opzioni per modificare le facce di CeO 2 nanoparticelle per lo sviluppo di catalizzatori selettivi facciali.
