I catalizzatori sono essenzialmente dei booster che aumentano la velocità di una reazione chimica, e sono ampiamente utilizzati nei campi della raffinazione del petrolio, conversione del carbone e del gas naturale, e produzione di ammoniaca, per dirne alcuni. I catalizzatori guidano anche la tecnologia emergente delle batterie e delle celle a combustibile, che di solito è (termico o elettrico) ad alta intensità energetica, richiedendo così la catalisi per ridurre la temperatura di reazione, pressione, o sovra-potenziali elettrochimici.
I catalizzatori a singolo atomo massimizzano l'efficienza di utilizzo del metallo di ciascun atomo e forniscono prestazioni superiori, che rappresenta la frontiera della catalisi. atomi singoli, però, sono tipicamente instabili quando sintetizzati a bassa temperatura (ad es. meno di 1000K), e tendono a riaggregarsi in nanoparticelle come mezzo per ridurre al minimo l'energia superficiale. A quello scopo, un gruppo di ricerca del Dipartimento di Scienza e Ingegneria dei Materiali (MSE) dell'Università del Maryland (UMD) ha sviluppato un metodo di catalisi ad onde d'urto ad alta temperatura, che raggiunge fino a 3000K, che è la metà della temperatura del sole, destinata ad "ancorare" singoli atomi sul substrato, offrendo una stabilità termica superiore.
Il gruppo di ricerca guidato dal professor Liangbing Hu di MSE, pubblicato il loro studio in Nanotecnologia della natura il 12 agosto. Yonggang Yao, MSE dottorato di ricerca Studente e membro del team di ricerca del Dr. Hu, è stato l'autore principale del documento.
"Il nostro metodo si ottiene utilizzando un riscaldamento periodico on-off caratterizzato da un breve stato di accensione (~1500K per 55 ms) e uno stato di spegnimento 10 volte più lungo (temperatura ambiente), " ha detto Yao. "L'alta temperatura fornisce energia di attivazione per la dispersione dell'atomo formando forti legami metallo-difetto, mentre lo stato off garantisce in modo critico la stabilità complessiva."
Il riscaldamento Joule è stato utilizzato per colpire i segni di alta temperatura, e il team ha confermato la sintesi utilizzando la microscopia elettronica a trasmissione a scansione in situ (STEM). Questa tecnica può essere utilizzata in reazioni catalitiche come la conversione del metano, che converte il gas naturale in sostanze chimiche utili come l'etilene, etano e benzene.
"Il metodo dell'onda d'urto riportato è facile, ultraveloce e universale, che apre un percorso generale per la produzione di un singolo atomo che è convenzionalmente impegnativo, " ha detto Hu.
