Het nut van een katalysator wordt beïnvloed door zijn oppervlaktelading en hoe die lading wordt overgedragen. Tot voor kort, het bestuderen van ladingsoverdracht is gebaseerd op complexe beeldvormingstechnieken die zowel duur als tijdrovend zijn. Wetenschappers van de Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST) rapporteren een benadering voor het bestuderen van ladingsoverdracht die niet afhankelijk is van ingewikkelde apparatuur, waardoor de realtime observatie van katalyse wordt vereenvoudigd.

Het team beschrijft een experimentele opstelling met een kleine rutheniumkatalysator, een nanocluster, dat reageert met zuurstof in de lucht bij verhitting tot hoge temperaturen. Deze oxidatiereactie wordt gedetecteerd door een ondersteunende structuur die aan de katalysator is bevestigd en die een live-uitlezing naar een computer geeft. Ruthenium kan worden gebruikt om ademaceton te detecteren, dat een biomarker is voor verschillende ziektetoestanden, maar deze opstelling heeft ook een grotere waarde om precies aan te tonen hoe katalysatoren een reactie vergemakkelijken.

"Eigenlijk, de bevestigde ondersteuningsstructuur detecteert een verandering in stroom, overeenkomend met een verandering in de nanocluster van de katalysator, " legt Dr. Alexander Porkovich uit, eerste auteur van de studie, gepubliceerd in ACS Nano . "In dit geval, die verandering is een verschuiving in oxidatietoestand als het ruthenium reageert met zuurstof."

"Bij het bestuderen van ladingsoverdrachtsverschijnselen, we zijn geïnteresseerd in de interface tussen de katalysator en de drager - en deze experimentele opstelling is ideaal. Met zo'n schone interface, we kunnen erop vertrouwen dat onze gegevens de zich ontvouwende oxidatiereactie nauwkeurig vastleggen."

Dit artikel draagt ​​bij aan de groeiende hoeveelheid literatuur die verborgen katalytische activiteit aan het licht brengt, observaties in situ nemen - zodat de reactie ongestoord kan plaatsvinden. Deze lezingen, nagesynchroniseerde chrono-conductometrische metingen, zijn een nuttige evolutie in de methodologie, en ze worden aangevuld met andere benaderingen om de structuurverschuiving van het ruthenium te valideren, chemische bestelling, en oppervlaktelading. gecombineerd, deze technieken geven een compleet en betrouwbaar beeld van de reactiemechanica.

De studie benadrukt ook het belang van de structuur van de ruthenium nanocluster. Ruthenium was in twee verschillende configuraties aan de drager gebonden, elk vertonen verschillende mechanica bij het reageren met zuurstof. Eén structuur reageert vollediger met zuurstof, terwijl de andere een inerte kern behoudt. Dit roept verdere vragen op over hoe de structuur van de nanocluster invloed heeft op katalyse, en welke conformatie van ruthenium beter geschikt is voor industriële toepassingen.

Het begrijpen van ladingsoverdrachtsverschijnselen is ook nuttig buiten katalyse, inclusief de studie van oppervlakteplasmonen die worden gebruikt in elektronenmicroscopie, en materialen die nodig zijn in apparaten voor zonne-energie. Het verkennen van deze systemen met soortgelijke in situ, chrono-geleidingsmetingen zouden meer licht kunnen werpen op belangrijke industriële processen.