Onderzoekers van de Ruhr-Universität Bochum, de Universiteit van Duisburg-Essen en het Max Planck Institute for Chemical Energy Conversion in Mülheim an der Ruhr werkten samen aan het project als onderdeel van het Collaborative Research Centre "Heterogene oxidatiekatalyse in de vloeibare fase".

Bij RUB werkte een team onder leiding van Weikai Xiang en professor Tong Li van Atomic-scale Characterization samen met de leerstoel elektrochemie en nanoschaalmaterialen en de leerstoel industriële chemie. Instituten in Shanghai, China en Didcot, VK, waren ook betrokken. Het team presenteert hun bevindingen in het tijdschrift Nature Communications , online gepubliceerd op 10 januari 2022.

Deeltjes waargenomen tijdens het katalyseproces

De onderzoekers bestudeerden twee verschillende soorten nanodeeltjes gemaakt van kobaltijzeroxide van rond de tien nanometer. Ze analyseerden de deeltjes tijdens de katalyse van de zogenaamde zuurstofevolutiereactie. Dit is een halve reactie die optreedt tijdens watersplitsing voor waterstofproductie:waterstof kan worden verkregen door water te splitsen met behulp van elektrische energie; Hierbij ontstaan ​​waterstof en zuurstof. Het knelpunt bij de ontwikkeling van efficiëntere productieprocessen is de partiële reactie waarbij zuurstof wordt gevormd, oftewel de zuurstofontwikkelingsreactie. Deze reactie verandert het katalysatoroppervlak dat na verloop van tijd inactief wordt. De structurele en samenstellingsveranderingen aan het oppervlak spelen een beslissende rol in de activiteit en stabiliteit van de elektrokatalysatoren.

Voor kleine nanodeeltjes met een grootte van rond de tien nanometer blijft het een uitdaging om gedetailleerde informatie te krijgen over wat er tijdens de reactie op het katalysatoroppervlak gebeurt. Met behulp van atoomsondetomografie heeft de groep met succes de verdeling van de verschillende soorten atomen in de kobaltijzeroxidekatalysatoren in drie dimensies gevisualiseerd. Door het te combineren met andere methoden, lieten ze zien hoe de structuur en samenstelling van het oppervlak veranderde tijdens het katalyseproces - en hoe deze verandering de katalytische prestaties beïnvloedde.

"Atom probe tomografie heeft een enorm potentieel om atomaire inzichten te verschaffen in de samenstellingsveranderingen op het oppervlak van katalysator-nanodeeltjes tijdens belangrijke katalytische reacties zoals zuurstofontwikkelingsreactie voor waterstofproductie of CO₂ vermindering", besluit Tong Li. + Verken verder

Katalytische activiteit van individuele kobaltoxide nanodeeltjes bepaald