(Phys.org) -- Wetenschappers van de Technische Universiteit van Wenen hebben een methode gevonden om enkele goudatomen op een oppervlak te lokaliseren. Dit moet de weg vrijmaken voor betere en goedkopere katalysatoren.

De meeste mensen waarderen grote brokken goud, maar wetenschappers van de Technische Universiteit van Wenen zijn geïnteresseerd in goud op de kleinst mogelijke schaal. omdat enkele goudatomen potentieel de meest reactieve katalysatoren zijn voor chemische reacties. Echter, wanneer goudatomen op een oppervlak worden geplaatst, hebben ze de neiging om op te bollen in kleine klompjes die uit verschillende atomen bestaan. Een team van oppervlaktewetenschappers is er nu in geslaagd om enkele goudatomen te fixeren op speciale plaatsen van een ijzeroxide-oppervlak. Dit zou de deur kunnen openen naar efficiëntere katalysatoren, minder van het kostbare materiaal nodig hebben.

Goud is een edelmetaal en hecht zich gewoonlijk niet aan andere elementen, maar als katalysator vergemakkelijkt het chemische reacties. Het kan, bijvoorbeeld, de omzetting van giftig koolmonoxide in kooldioxide te vergemakkelijken. De effectiviteit van goud als katalysator hangt af van de grootte van de gouddeeltjes. Er zijn aanwijzingen dat het het beste werkt als het goud aanwezig is in de vorm van enkele atomen. Tot dusver, echter, dit kon niet in detail worden bestudeerd. “Als individuele goudatomen op een oppervlak worden gelegd, ze clusteren meestal, nanodeeltjes vormen”, zegt Gareth Parkinson, die toezicht hield op de experimenten in de onderzoeksgroep van professor Ulrike Diebold van het Instituut voor Toegepaste Natuurkunde aan de TU Wenen.

Hogere temperaturen leiden tot een grotere mobiliteit van de goudatomen, dus om te voorkomen dat de atomen clusteren, de meeste oppervlakken moeten worden afgekoeld tot een temperatuur die zo laag is dat de gewenste chemische reacties helemaal stoppen. De onderzoekers van de TU Wenen vonden een speciaal soort ijzeroxide oppervlak, die de enkele goudatomen op hun plaats vergrendelt.

De sleutel tot succes is een lichte vervorming van de ijzeroxide kristalstructuur. De zuurstofatomen van de bovenste laag zijn niet in perfect rechte lijnen uitgelijnd, ze worden in kronkels gebogen door de atomen eronder. Op de punten waar de lijnen van zuurstofatomen dicht bij elkaar liggen, de goudatomen hechten permanent zonder grip te verliezen. Zelfs als het oppervlak wordt verwarmd, de goudatomen blijven zitten - pas bij 500 graden Celsius beginnen ze clusters te vormen.

“Als een goudatoom het ijzeroxide-oppervlak raakt, het diffundeert naar een van de plaatsen waar het aan het oppervlak kan worden bevestigd”, zegt Gareth Parkinson. Op die manier, veel enkele goudatomen kunnen dicht bij elkaar worden geplaatst. Wanneer een goudatoom een ​​positie raakt die al bezet is door een ander goudatoom, echter, de twee binden en beginnen over het oppervlak te bewegen, onderweg extra goudatomen oppikken. Wanneer ze een kritische grootte van ten minste vijf atomen hebben bereikt, ze worden weer onbeweeglijk en de miniatuur goudklomp komt tot rust.

Ulrike Diebold verwacht dat de nieuwe methode belangrijke open vragen over katalyse zal beantwoorden. "We hebben een ideaal modelsysteem gecreëerd om de chemische reactiviteit van afzonderlijke atoomsoorten te onderzoeken", zegt Diebold. De recente experimenten zullen ook helpen om het theoretisch onderzoek vooruit te helpen:de kwantummechanisch complexe binding tussen afzonderlijke atomen en deze specifieke oppervlakken biedt een uitstekende testcase voor theoretische berekeningen van sterk gecorreleerde elektronensystemen.