「私たちのアプローチにより、ナノスケールのサイズ分布が運転条件の関数としてどのように進化するかを探求し、これらのシステムを安定化させ、劣化から保護するための取り組みを導くために使用できる2つの異なるメカニズムを特定することができました」と、バークレー研究所の化学科学部門のスタッフ科学者であり、LiSAの主任研究員であるウォルター・ドリスデルは述べています。
米国で行われた画期的な研究で、ローレンス・バークレー国立研究所（バークレー研究所）とSLAC国立加速器研究所の研究者たちは、銅触媒の性能を制限する基本的なメカニズムを明らかにしました。これらの触媒は、二酸化炭素と水を貴重な燃料や化学物質に変換するプロセスである人工光合成の重要な構成要素です。
Journal of the American Chemical Societyに掲載されたこの研究結果は、触媒の劣化に関する前例のない洞察を提供します。触媒の劣化は、数十年にわたって科学者たちを困惑させてきた課題です。
高度なX線技術を使用して、チームは触媒プロセス中に銅ナノ粒子がどのように変化するかを直接観察しました。彼らは、触媒の劣化に関する洞察を得るために、小角X線散乱（SAXS）を適用しました。これにより、CO電気化学的還元反応（CORR）触媒において、銅ナノ粒子を劣化の瀬戸際に追い込む2つの競合するメカニズム、すなわち粒子移動と合体（PMC）およびオストワルド熟成を特定し、観察することができました。
研究者たちは、PMCプロセスがCORR反応の最初の12分間で支配的であり、その後にオストワルド熟成が続くことを発見しました。より低い電圧はPMCプロセスの移動と凝集を引き起こし、より高い電圧は反応を加速させ、オストワルド熟成の溶解と再析出プロセスを増加させます。
これらの発見は、触媒を保護するためのさまざまな緩和戦略を示唆しています。これらには、PMCを制限するための改良された支持材料、または溶解を遅らせ、オストワルド熟成を低減するための合金化戦略および物理的コーティングが含まれます。今後の研究では、さまざまな保護スキームのテストと、CORR反応を特定の燃料や化学物質の生産に導くための触媒コーティングの設計に焦点を当てます。