Ловля и окисление молекулКрошечные наночастицы, используемые для катализа часто, состоят только из нескольких атомов платины.
Они позволяют окисление, держа целевые молекулы в месте и сводя их с кислородом. Тем путем угарный газ (CO) может быть превращен в углекислый газ (CO2), водородный газ (H2) окислен, чтобы оросить (H2O). Эти реакции также возможны без платины, но они могут произойти при намного более низких температурах в присутствии платиновых частиц.«Мы раньше полагали, что эти химические реакции происходят прямо сверху платиновых частиц.
Но наши картины ясно показывают, что окись железа действительно делает работу», говорит профессор Гарет Паркинсон. В течение многих лет он изучал поведение крошечных частиц на металлически-окисных поверхностях вместе с профессором Ульрике Дибольд (оба Вена TU). Теперь команда могла показать, что кислород, необходимый для химических реакций, не происходит из окружающей атмосферы, но из окиси железа ниже.Наноотверстия и железо путешествия
У окиси железа (Fe3O4), на который опираются платиновые частицы, есть замечательные свойства. У этого есть регулярная кристаллическая структура, и у каждого атома есть свое четко определенное положение, но тем не менее атомы железа относительно свободны поехать через материал.
Когда платиновые наночастицы ловят молекулы от окружающего газа и объединяют их с атомами кислорода от поверхности окиси железа, излишек атомов железа остается. Эти атомы железа тогда мигрируют глубоко в материал, оставляя отверстие в поверхности, которая может ясно быть замечена на снимках, сделанных с тоннельным микроскопом просмотра.
Этот процесс может даже вызвать цепную реакцию. Как только химическая реакция в платиновой наночастице создает отверстие в поверхности окиси железа, есть некоторые атомы прямо на краю отверстия, сцепление которого к остальной части материала не очень сильно. На этих краях следующая химическая реакция может произойти намного более легко.
Платиновая наночастица перемещена немного, и это готово к следующему шагу. «В конце мы видим, долго посягает на поверхность, оставленную позади единственной платиновой наночастицей», говорит Ульрике Дибольд.Противоположное явление происходит, когда платина и окись железа выставлены кислородной атмосфере.
Платиновые частицы разбивают кислородные молекулы (O2), и единственные атомы кислорода могут тогда быть интегрированы в поверхность. Атомы железа едут в поверхность из материала, и прямо рядом с платиновой наночастицей, дополнительный остров окиси железа создан. Вместо отверстий много небольших островов растут на поверхности.
К лучшим катализаторамВ течение многих лет команда в Вене TU упорно работала, чтобы заложить необходимую основу для этого вида исследования. Во многих важных шагах команда поверхностной науки усовершенствовала способы обращаться с металлическими окисями и крошечными частицами.
В последние годы, представленных важных новых результатов о структуре металлических окисей, о подвижности атомов на их поверхности и их химических свойствах. На основе этого опыта теперь возможно сделать химические процессы платинового катализа видимыми и объяснить их подробно.Теперь это новое знание может использоваться, чтобы создать еще лучшие катализаторы.
Например, команда могла показать, что предварительно относиться с водородом должно увеличить эффективность платиновых катализаторов. Атомные траншеи создали тот путь, мешают платиновым наночастицам группироваться, который уменьшил бы их реактивность.