De rossige schilfers van een verroeste spijker zijn een duidelijk teken dat er een ongewenste chemische reactie heeft plaatsgevonden aan het oppervlak. Begrijpen hoe moleculen en atomen zich met elkaar gedragen, vooral op oppervlakken, staat centraal bij het beheersen van zowel gewenste chemische reacties, zoals katalyse, en ongewenste reacties, als de corrosie van een spijker. Toch staat het gebied van de oppervlaktechemie al bijna 100 jaar voor de uitdaging om voorspellende theorieën voor deze reacties te ontwikkelen. Nu is er vooruitgang, dankzij een nieuwe aanpak.

In een presentatie op het 64e AVS International Symposium and Exhibition in Tampa, Florida, 31 oktober-nov. 2, 2017, Alec M. Wodtke en collega's van het Max Planck Instituut voor Biofysische Chemie in Göttingen, Duitsland, zullen presenteren wat zij een "voorlopig model" voor oppervlaktechemie noemen. In hun werk beschrijven ze hoe een vruchtbaar samenspel tussen experiment en theorie kan leiden tot nauwkeurige simulaties op atomaire schaal van eenvoudige reacties op metalen oppervlakken.

Met concrete voorbeelden, ze laten zien dat voor waterstofatoominteracties met metalen - een belangrijke benadering in veel theorieën - de Born-Oppenheimer-benadering faalt voor waterstofatoominteracties met metalen, maar is geldig voor interacties met grafeen. interessant, waterstofinteracties op grafeen worden sterk beïnvloed door de keuze van het metaalsubstraat waarop het grafeen wordt gekweekt. Dit maakt de studie een hot topic vanwege het potentieel van grafeen in consumententoepassingen, van medische apparaten tot computers.

In een andere presentatie is deze sessie over oppervlaktewetenschap, Arthur L. Utz van Tufts University in Massachusetts en zijn collega's zullen de veelbelovende resultaten beschrijven van een samenwerking met de Kroes Group van de Universiteit Leiden, Nederland, met behulp van een nieuwe computationele benadering om de reactiviteit te voorspellen van methaanmoleculen die reageren op een schoon nikkeloppervlak.

Ondanks grote verschillen in energiedistributie, daaropvolgende berekeningen leverden chemisch nauwkeurige voorspellingen op van reactiviteit voor thermisch geëxciteerde en in vibratietoestand geselecteerde moleculen, en zelfs voor verschillende oppervlaktestructuren, een bevinding klaar om de ontdekking van materialen te versnellen.

De aanpak van het team stelt onderzoekers in staat om de fractie moleculen die reageren op een katalytisch actief oppervlak te voorspellen met een veel hogere nauwkeurigheid dan in het verleden mogelijk was. De resultaten van dit onderzoek kunnen de ontdekking van nieuwe materialen helpen versnellen.