Fisikawan mengamati persaingan antara orde magnet - ScienceDaily
Teknologi

Mengapa permukaan oksida logam berperilaku berbeda? – ScienceDaily


Permukaan logam berperan sebagai katalisator untuk banyak aplikasi penting – dari sel bahan bakar hingga pemurnian gas buang mobil. Namun, perilakunya sangat dipengaruhi oleh atom oksigen yang dimasukkan ke permukaan.

Fenomena ini telah dikenal sejak lama, tetapi hingga saat ini belum mungkin untuk menyelidiki secara tepat peran oksigen dalam permukaan kompleks titik demi titik untuk memahami latar belakang kimiawi pada tingkat atom. Ini sekarang telah dicapai di TU Wien bekerja sama dengan tim dari Elettra Synchrotron di Trieste. Ini menjadi mungkin untuk menjelaskan mengapa dalam studi sebelumnya sebagian hasil yang bertentangan telah diperoleh: atom oksigen tidak terdistribusi secara merata, tetapi mengendap dengan mudah di tempat-tempat yang sangat spesifik.

Pengukuran presisi, bukan nilai rata-rata

“Merupakan tantangan besar untuk memeriksa permukaan logam secara langsung selama katalisis,” kata Prof. Günther Rupprechter dari Institut Kimia Material di TU Wien. “Anda dapat, tentu saja, memasukkan seluruh katalis ke dalam reaktor dan mengukur dengan tepat produk kimia mana yang diproduksi – tetapi Anda hanya mendapatkan nilai rata-rata. Anda tidak dapat mengetahui situs mana pada katalis yang berkontribusi pada reaksi kimia dan di mana cara.”

Kemungkinan lain bukanlah menggunakan katalis yang sebenarnya, tetapi bagian yang sederhana, sangat bersih, dan ideal – seperti kristal tunggal kecil, dengan sifat terkenal, yang kemudian dapat Anda pelajari di bawah mikroskop. Dalam hal ini, Anda mendapatkan hasil yang presisi dan dapat direproduksi, tetapi tidak banyak berkaitan dengan aplikasi praktis.

Oleh karena itu, kelompok penelitian yang dipimpin oleh Günther Rupprechter dan Yuri Suchorski menggabungkan keunggulan dari kedua pendekatan tersebut. Mereka menggunakan lembaran tipis yang terbuat dari rodium, yang terdiri dari butiran kecil. Pada setiap butir, atom permukaan dapat disusun secara berbeda. Dalam satu butir, mereka membentuk permukaan yang halus dan teratur dengan atom-atom luarnya berada pada bidang yang persis sama; di sebelahnya, atom dapat mengatur dirinya sendiri untuk membentuk struktur yang lebih rumit yang terdiri dari banyak langkah atom.

Tempat favorit atom oksigen

Justru langkah-langkah inilah yang menjadi penting. “Untuk aktivitas katalitik, bilangan oksidasi katalis memainkan peran sentral – yaitu apakah oksigen menempel pada atom logam atau tidak,” kata Philipp Winkler, penulis pertama makalah ini. “Dalam percobaan sebelumnya, kami menemukan bahwa kami sering berurusan dengan keadaan tertentu antara” teroksidasi “dan” tidak teroksidasi “- situasi yang sulit untuk ditafsirkan.”

Namun, hal ini dapat dipahami ketika seseorang menyadari bahwa tidak setiap butir kertas rhodium teroksidasi pada derajat yang sama. Oksidasi dimulai lebih disukai di sudut, tepi dan anak tangga – di sana sangat mudah bagi atom oksigen untuk terikat ke permukaan. Oleh karena itu, butiran yang berbeda dengan struktur permukaan yang berbeda dioksidasi ke derajat yang berbeda.

Mikroskop elektron dan sinkrotron di Trieste

Hal ini dapat dipelajari dengan menggunakan kombinasi teknologi yang sangat maju: “Dalam mikroskop elektron khusus, sampel diiradiasi dengan sinar UV selama reaksi katalitik dan emisi elektron yang dihasilkan terdaftar dengan resolusi spasial mikrometer,” jelas Yuri Suchorski, “ini memungkinkan kita untuk menentukan dengan tepat butir mana dari foil rhodium yang secara khusus aktif secara katalitik. Sampel yang sama kemudian diperiksa lagi dengan mikroskop yang sama sekali berbeda: butir demi butir dengan sinar-X di sinkrotron, memperoleh informasi yang sangat tepat tentang oksidasi permukaan Sampel.”

Jika Anda menggabungkan kedua hasil tersebut, Anda dapat menentukan dengan tepat perilaku kimia mana yang merupakan karakteristik untuk struktur tertentu. Keuntungan utama: Adalah mungkin untuk memeriksa seluruh lembaran rhodium yang mengandung ratusan butiran berbeda dalam satu percobaan. Alih-alih mempelajari kristal tunggal kecil secara terpisah, sampel yang mengandung banyak struktur berbeda yang digunakan untuk katalisis dipelajari dalam kondisi nyata, dan informasi tentang sifat struktur ini diperoleh sekaligus.

“Ini adalah langkah penting dalam penelitian katalisis,” Rupprechter menekankan. “Kami sekarang tidak lagi harus puas hanya dengan mengukur nilai rata-rata yang tidak cukup menggambarkan keseluruhan sampel, tetapi kami benar-benar dapat memahami secara detail struktur atom mana yang menunjukkan efek mana. Ini juga akan memungkinkan untuk secara khusus meningkatkan katalis penting yang diperlukan untuk banyak aplikasi dalam energi dan teknologi lingkungan. “

Dipersembahkan Oleh : Lapak Judi

Baca Juga : Data Sidney