Katalysatoren zijn in wezen boosters die de snelheid van een chemische reactie verhogen, en worden veel gebruikt op het gebied van aardolieraffinage, kolen- en aardgasconversie, en ammoniakproductie, om er een paar te noemen. Katalysatoren zorgen ook voor opkomende batterij- en brandstofceltechnologie, die meestal (thermisch of elektrisch) energie-intensief is, waardoor katalyse nodig is om de reactietemperatuur te verlagen, druk, of elektrochemische overpotentialen.

Katalysatoren met één atoom maximaliseren de efficiëntie van het metaalgebruik van elk atoom en bieden superieure prestaties, die de grens van de katalyse vertegenwoordigen. enkele atomen, echter, zijn doorgaans onstabiel wanneer ze bij lage temperatuur worden gesynthetiseerd (bijv. minder dan 1000K), en hebben de neiging om opnieuw te aggregeren tot nanodeeltjes als middel om oppervlakte-energie te minimaliseren. Daartoe, een onderzoeksteam van de afdeling Materials Science and Engineering (MSE) van de Universiteit van Maryland (UMD) ontwikkelde een methode voor katalyse met schokgolven bij hoge temperatuur, die tot 3000K reikt, dat is de helft van de temperatuur van de zon - bedoeld om afzonderlijke atomen op het substraat te "verankeren", biedt superieure thermische stabiliteit.

Het onderzoeksteam onder leiding van MSE-professor Liangbing Hu, publiceerden hun studie in Natuur Nanotechnologie op 12 augustus. Yonggang Yao, MSE Ph.D. Student en lid van het onderzoeksteam van Dr. Hu, diende als de hoofdauteur van het papier.

"Onze methode wordt bereikt met behulp van periodieke aan-uit verwarming met een korte aan-status (~1500K voor 55 ms) en een 10 keer langere uit-status (kamertemperatuur), " zei Yao. "De hoge temperatuur zorgt voor activeringsenergie voor atoomdispersie door sterke metaaldefectbindingen te vormen, terwijl de off-state kritisch zorgt voor de algehele stabiliteit."

Joule-verwarming werd gebruikt om de hoge temperatuurmarkeringen te bereiken, en het team bevestigde de synthese met behulp van in situ scanning transmissie-elektronenmicroscopie (STEM). Deze techniek kan worden gebruikt bij katalytische reacties zoals methaanomzetting, die aardgas omzet in nuttige chemicaliën zoals ethyleen, ethaan en benzeen.

"De gerapporteerde schokgolfmethode is eenvoudig, ultrasnel en universeel, die een algemene route opent voor de productie van enkelvoudige atomen die conventioneel uitdagend is, " zei Hu.