"Pendekatan kami memungkinkan kami untuk mengeksplorasi bagaimana distribusi ukuran skala nano berkembang sebagai fungsi dari kondisi operasi, dan untuk mengidentifikasi dua mekanisme berbeda yang kemudian dapat kami gunakan untuk memandu upaya kami untuk menstabilkan sistem ini dan melindunginya dari degradasi," kata Walter Drisdell, seorang ilmuwan staf di Divisi Ilmu Kimia Berkeley Lab dan peneliti utama di LiSA.
Dalam sebuah studi terobosan yang dilakukan di Amerika Serikat, para peneliti di Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) dan SLAC National Accelerator Laboratory telah mengungkap mekanisme mendasar yang membatasi kinerja katalis tembaga. Katalis ini merupakan komponen penting dalam fotosintesis buatan, sebuah proses yang mengubah karbon dioksida dan air menjadi bahan bakar dan bahan kimia yang berharga.
Temuan yang diterbitkan dalam Journal of the American Chemical Society, menawarkan wawasan yang belum pernah terjadi sebelumnya tentang degradasi katalis, sebuah tantangan yang telah membingungkan para ilmuwan selama beberapa dekade.
Dengan menggunakan teknik sinar-X yang canggih, tim mengamati secara langsung bagaimana nanopartikel tembaga berubah selama proses katalitik. Mereka menerapkan hamburan sinar-X sudut kecil (SAXS) untuk mendapatkan wawasan tentang degradasi katalis. Ini memungkinkan mereka untuk mengidentifikasi dan mengamati dua mekanisme yang bersaing yang mendorong nanopartikel tembaga ke ambang degradasi dalam katalis reaksi reduksi elektrokimia CO (CORR): migrasi dan koalesensi partikel (PMC), dan pematangan Ostwald.
Para peneliti menemukan bahwa proses PMC mendominasi dalam 12 menit pertama reaksi CORR, diikuti oleh pematangan Ostwald. Tegangan yang lebih rendah memicu migrasi dan aglomerasi proses PMC, sementara tegangan yang lebih besar mempercepat reaksi, meningkatkan proses pelarutan dan redeposisi pematangan Ostwald.
Penemuan ini menyarankan berbagai strategi mitigasi untuk melindungi katalis. Ini termasuk bahan pendukung yang ditingkatkan untuk membatasi PMC, atau strategi paduan dan lapisan fisik untuk memperlambat pelarutan dan mengurangi pematangan Ostwald. Studi di masa depan akan fokus pada pengujian skema perlindungan yang berbeda dan merancang lapisan katalitik untuk mengarahkan reaksi CORR ke produksi bahan bakar dan bahan kimia tertentu.