Berkeley Lab'in Kimya Bilimleri Bölümü'nde görevli bilim insanı ve LiSA'da baş araştırmacı olan Walter Drisdell, "Yaklaşımımız, nano ölçekli boyut dağılımının çalışma koşullarının bir fonksiyonu olarak nasıl geliştiğini keşfetmemizi ve daha sonra bu sistemleri stabilize etmek ve bozunmaya karşı korumak için çabalarımıza rehberlik etmek için kullanabileceğimiz iki farklı mekanizma belirlememizi sağladı" dedi.
Amerika Birleşik Devletleri'nde yürütülen çığır açan bir çalışmada, Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı (Berkeley Lab) ve SLAC Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı'ndaki araştırmacılar, bakır katalizörlerin performansını sınırlayan temel mekanizmaları ortaya çıkardılar. Bu katalizörler, karbondioksiti ve suyu değerli yakıtlara ve kimyasallara dönüştüren bir süreç olan yapay fotosentezin önemli bileşenleridir.
Journal of the American Chemical Society'de yayınlanan bulgular, bilim adamlarını onlarca yıldır şaşırtan bir zorluk olan katalizör bozunmasına dair benzeri görülmemiş bilgiler sunuyor.
Ekip, gelişmiş X-ışını tekniklerini kullanarak, bakır nanopartiküllerinin katalitik süreç sırasında nasıl değiştiğini doğrudan gözlemledi. Katalizör bozunmasına dair içgörüler elde etmek için küçük açılı X-ışını saçılımı (SAXS) uyguladılar. Bu, bir CO elektrokimyasal redüksiyon reaksiyonu (CORR) katalizöründe bakır nanopartikülleri bozunma eşiğine getiren iki rekabetçi mekanizmayı tanımlamalarına ve gözlemlemelerine olanak sağladı: partikül göçü ve birleşmesi (PMC) ve Ostwald olgunlaşması.
Araştırmacılar, PMC sürecinin CORR reaksiyonunun ilk 12 dakikasında baskın olduğunu ve ardından Ostwald olgunlaşmasının geldiğini buldular. Daha düşük voltajlar, PMC sürecinin göçünü ve aglomerasyonunu tetiklerken, daha büyük voltajlar reaksiyonları hızlandırır, Ostwald olgunlaşmasının çözünme ve yeniden birikme sürecini artırır.
Bu keşifler, katalizörleri korumak için çeşitli hafifletme stratejileri önermektedir. Bunlar, PMC'yi sınırlamak için geliştirilmiş destek malzemelerini veya çözünmeyi yavaşlatmak ve Ostwald olgunlaşmasını azaltmak için alaşım stratejilerini ve fiziksel kaplamaları içerir. Gelecek çalışmalar, farklı koruma şemalarını test etmeye ve CORR reaksiyonlarını belirli yakıtlar ve kimyasallar üretmeye yönlendirmek için katalitik kaplamalar tasarlamaya odaklanacaktır.