Atoomhoge treden op metalen oppervlakken kunnen de oxidatie van deze oppervlakken aanzienlijk belemmeren, blijkt uit een nieuwe studie van onderzoekers van de University of California, Berkeley en het Lawrence Berkeley National Laboratory.

De bevindingen, gepubliceerd in het tijdschrift Nature Materials, kunnen implicaties hebben voor een verscheidenheid aan toepassingen, zoals de ontwikkeling van duurzamere materialen en het ontwerp van efficiëntere katalysatoren.

"We ontdekten dat atoomhoge treden op metalen oppervlakken kunnen fungeren als barrières voor zuurstofdiffusie, wat het oxidatieproces aanzienlijk kan vertragen", zegt hoofdauteur van het onderzoek Dr. Xiaochen Wang, een postdoctoraal onderzoeker bij de afdeling Materials Science and Engineering van UC Berkeley.

De onderzoekers gebruikten een combinatie van experimentele technieken, waaronder scanning tunneling microscopie en röntgenfoto-elektronenspectroscopie, om de oxidatie van metaaloppervlakken met en zonder atoomhoge stappen te bestuderen. Ze ontdekten dat de aanwezigheid van atoomhoge stappen de oxidatiesnelheid aanzienlijk verminderde, en dat dit effect sterker was voor kleinere stappen.

"Dit is de eerste keer dat we het effect van atoomhoge stappen op de oxidatie van metaaloppervlakken direct hebben kunnen waarnemen en kwantificeren", zegt Wang. "Onze bevindingen kunnen ons helpen materialen te ontwerpen die beter bestand zijn tegen oxidatie, wat een breed scala aan toepassingen zou kunnen hebben."

De onderzoekers denken dat de atoomhoge treden een barrière vormen voor zuurstofdiffusie, omdat ze de regelmatige rangschikking van atomen op het metaaloppervlak verstoren. Deze verstoring maakt het moeilijker voor zuurstofmoleculen om de metaalatomen te bereiken en ermee te reageren.

"Onze bevindingen suggereren dat het mogelijk kan zijn om de duurzaamheid van metalen oppervlakken te verbeteren door atoomhoge treden op het oppervlak te creëren", zegt Wang. "Dit kan op verschillende manieren worden gedaan, zoals mechanisch polijsten of chemisch etsen."

De onderzoekers zijn ook van mening dat hun bevindingen kunnen worden gebruikt om efficiëntere katalysatoren te ontwerpen. Katalysatoren zijn materialen die chemische reacties versnellen zonder dat ze bij de reactie worden verbruikt. Door atoomhoge stappen op het oppervlak van een katalysator te creëren, kan het mogelijk zijn de reactiesnelheid te verhogen.

"We zijn enthousiast over de mogelijke toepassingen van onze bevindingen", zegt Wang. "Wij geloven dat ons werk zou kunnen leiden tot de ontwikkeling van nieuwe materialen en katalysatoren met verbeterde prestaties."