Wetenschappers van de National University of Singapore (NUS) hebben de structurele veranderingen in edelmetaalkatalysatoren tijdens de oxidatie van koolmonoxide (CO) in beeld gebracht. waaruit blijkt dat de katalysatoren schakelen tussen inactieve en actieve toestanden afhankelijk van de temperatuur.

Aanzienlijke onderzoeksinspanningen zijn gewijd aan de ontwikkeling van katalysatoren met hogere prestaties, omdat ze de energetische kosten van het in stand houden van een chemische reactie kunnen verminderen. Echter, dergelijke inspanningen worden vaak beperkt door een gebrek aan gedetailleerde inzichten in de structurele veranderingen van de katalysatoren tijdens deze chemische reacties. Katalysatoren kunnen hun structuur veranderen afhankelijk van de reactieomstandigheden, maar de meeste beschikbare analytische tools zijn niet in staat om deze veranderingen vast te leggen onder realistische operationele omgevingen.

Een onderzoeksteam onder leiding van Prof Utkur MIRSAIDOV van het Departement Natuurkunde en het Departement Biologische Wetenschappen, NUS heeft de directe beeldvorming aangetoond van structurele veranderingen in palladium (Pd) nanodeeltjes die fungeren als katalysatoren tijdens de CO-oxidatiereactie bij atmosferische druk met behulp van de modernste operando transmissie-elektronenmicroscopie (TEM). De waarnemingen toonden aan dat, afhankelijk van de temperatuur, de katalysatoren hebben twee verschillende structuren. De transformatie van een structuur die wordt gedomineerd door facetten met een lage index naar een ronde structuur als gevolg van stijgende temperatuur gaat gepaard met een inactieve naar actieve katalysatorovergang. Het verlagen van de temperatuur keert de structurele verandering om en de nanodeeltjes keren terug naar hun inactieve structuur. Thermodynamische modelleringsresultaten van Dr. Alexander GENEST en zijn team van het Institute of High Performance Computing, Agentschap voor Wetenschap, Technologie en onderzoek bevestigden hun experimentele bevindingen dat de structuur bij lage temperatuur minder actieve plaatsen op het oppervlak bevat en daarom minder actief is in vergelijking met de structuur bij hoge temperatuur.

Dr. Zie Wee CHEE, de eerste auteur van het tijdschriftartikel, zei, "Deze waarnemingen van omkeerbare transformaties in katalysatoren hebben belangrijke implicaties voor de katalysegemeenschap. De conventionele benadering voor katalysatorkarakterisering omvat het verwijderen van katalysatoren uit hun werkomstandigheden voor vervolgonderzoek. Onze resultaten laten zien dat de actieve structuur van de katalysator mogelijk niet behouden blijft tijdens een dergelijke proces en benadrukt de belangrijke rol operando studies spelen in het ontwerp en de ontwikkeling van nieuwe katalysatoren."

De groep is van plan deze studies uit te breiden naar meer complexe nanostructuren en reacties die relevant zijn voor de chemische industrie.