(PhysOrg.com) -- Een onderzoeksteam bij RIKEN, De belangrijkste onderzoeksorganisatie van Japan is er voor het eerst in geslaagd om selectief te controleren op reactieproducten bij de dissociatie van een enkel watermolecuul op een ultradunne film. De reactie, beschreven in het nummer van 19 april van Natuurmaterialen , opent de deur naar het creëren van nieuwe functionele katalysatoren en toepassingen in de productie van schone energie.

In recente jaren, de wetenschap dat materialen nieuwe eigenschappen op nanoschaal vertonen, heeft geleid tot een zoektocht naar functionele nanomaterialen met nuttige toepassingen. Tussen deze, ultradunne metaaloxidefilms hebben de aandacht getrokken vanwege hun toepassing in reactiekatalyse, toch zijn de mechanismen die ten grondslag liggen aan deze katalytische rol onduidelijk gebleven.

Met behulp van een scanning tunneling microscoop (STM) bij ultra-lage temperaturen, het onderzoeksteam onderzocht de dynamiek van afzonderlijke watermoleculen die interageren met een film van magnesiumoxide (MgO) van verschillende atomen in dikte (Figuur 1).

Ze ontdekten dat door tunneling-elektronen te injecteren in watermoleculen op het MgO-oppervlak (Figuur 2), ze konden kiezen tussen dissociatieroutes:excitatie van de trillingstoestanden van het molecuul veroorzaakte dissociatie in hydroxyl (H + OH) (Figuur 3 (a) en (b)), terwijl excitatie van zijn elektronische toestanden dissociatie in atomaire zuurstof (O) induceerde (Figuur 3 (c) en (d)).

De gecontroleerde dissociatie van watermoleculen via geselecteerde reactieroutes biedt unieke kansen in gerichte katalyse, vooral bij de productie van waterstof, een potentiële bron van schone energie. Terwijl we ons begrip van de dynamiek van watermoleculen vergroten, de ontdekking vormt ook het toneel voor toepassingen in de katalyse van complexere systemen op isolerende films.