Перед этим исследованием активные области этих катализаторов были изучены при идеальных условиях, при очень низких температурах и давлениях, удалив любую грязь и влажность, которая могла быть найдена в устройствах под обычными условиями труда. Стефано Фабрис, Физик в Международной Школе для Специальных исследований (SISSA) Триеста и CNR-IOM Istituto Officina dei Materiali и коллеги, однако, хотел изучить систему в реалистических условиях в этом случае, добавляющем тонкий слой воды на катализатор. Команда сделала некоторые интересные открытия: кажется, что влажность, вместо того, чтобы делать процессы менее эффективными, дает атомам в пути «повышение» таким образом значительно повышение полной эффективности системы.
Исследование, скоординированное Фабрисом, было опубликовано в Журнале американского Химического Общества.Фабрис и работа коллег основаны на компьютерных моделированиях. «Это не незначительный аспект, потому что традиционные экспериментальные методы не позволяют нам получать подробную информацию о том, что происходит в интерфейсе между поверхностью катализатора и жидкостью, такой как вода.
Таким образом атомные слои, которые отделяют тело и воду, остаются в основном неизведанным миром, столь же трудным иметь размеры как ядро планеты», объясняет Фабрис. «Условия давления и температуры предотвращают прямое представление на экспериментальном уровне. Мы должны поэтому найти другие способы исследовать этот вид явлений, таких как использование этих числовых моделирований».Цепная реакция
Fabris и коллеги восстановили физическую систему подробно, точно где поверхность катализатора входит в контакт с одним или несколькими слоями молекул воды и наблюдала его эволюцию в режиме реального времени. «Сначала, мы заметили, что вода в контакте с катализатором расщепляется, частично, в водородные ионы, или протоны и ионы гидроокиси (О-).Это не было абсолютно неожиданно, говорит Маттео Фарнези Камеллоне, CNR-IOM (Istituto Officina dei Materiali) Исследователь и первый автор работы, добавляя, что эффект как это, возможно, был предположен априорным. «Действительно интересная часть происходит после этого расстройства», говорит Фарнези Камеллоне. Когда есть определенное число протонов и ионов гидроокиси на поверхности, так называемая протонная цепь происходит: «своего рода игра пинбола, куда, О – группы передают свободный протон назад и вперед постоянно, связывая его и выпуск его.
В технической воде молекулы формируются и разбиваются непрерывно, в то время как протоны продолжают подпрыгивать и путешествовать на большие расстояния вдоль поверхности». Последствия для каталитического процесса положительные. «Все это движение помогает транспортировать молекулы между активными зонами материала. Мы измеряли увеличения транспорта и скорости выпуска несколько раз, эффективность катализатора на самом деле улучшается».
«Это – первый раз, когда катализатор был изучен с существующей водой. Наше исследование, помимо показа, что процесс одобрен влажностью, идет вне объяснить, что происходит в материале подробно, который является важным знанием для проектирования лучших топливных элементов, «говорит Фабрис.