brandstoffen, kunststoffen, en andere producten worden gemaakt met behulp van katalysatoren, materialen die chemische reacties veroorzaken. Om een ​​betere katalysator te ontwerpen, wetenschappers moeten de juiste atomen op de juiste plek krijgen. Het positioneren van de atomen kan moeilijk zijn, maar nieuw onderzoek maakt het gemakkelijker. Onderzoekers bepaalden de exacte locatie van enkele zuurstofatomen, die fungeren als ankers voor katalysatoren. In het geval van een laag koolstofatomen bovenop een metalen drager, enkele zuurstofatomen verschijnen op voorspelbare plekken. Weten waar de atoomankers zijn, het team kan patronen van katalytische atomen creëren, ontwerpen wat nodig is om de klus te klaren.

Katalysatoren maken die reacties sneller en minder verspillend maken, betekent de katalysatoren van onderaf ontwerpen. In plaats van te zoeken tussen talloze mogelijkheden, wetenschappers willen op moleculair niveau de juiste structuren ontwerpen. Nieuw fundamenteel onderzoek laat wetenschappers zien hoe ze kunnen profiteren van precieze plekken - waar de zuurstofatomen binden aan grafeen - om modelkatalysatoren te bouwen. Dit onderzoek herdefinieert wat er bekend is over zuurstofbinding, wat essentieel is voor het creëren van hardwerkende katalysatoren.

Het team begon met een plat stuk rutheniummetaal. Bovenop het metaal, ze kweekten grafeen, dat is een één atoom dikke laag koolstof. In deze structuur, sommige koolstofatomen binden aan het metaal, terwijl anderen dat niet doen. Door experimentele en computationele middelen te combineren, het team onderzocht deze koolstofatomen. Ze toonden aan dat enkele zuurstofatomen, die fungeren als ideale plekken om katalytische plaatsen te bevestigen, binden bij voorkeur aan koolstofatomen die dicht bij het onderliggende metaal zijn maar er niet aan gebonden zijn. Minder geprefereerde plaatsen voor zuurstofbinding zijn tussen twee koolstofatomen; koolstofatomen die zijn, beurtelings, gebonden aan ruthenium; en ongebonden koolstofatomen ver van het ruthenium. Dit onderzoek herdefinieert wat wetenschappers weten over zuurstofbinding aan koolstofatomen op metaal ondersteund grafeen. Het werk is essentieel voor het ontwerpen van efficiënte, selectieve katalysatoren.