«Наш підхід дозволив нам дослідити, як розподіл нанорозмірів еволюціонує залежно від умов експлуатації, і визначити два різні механізми, які ми потім можемо використовувати, щоб керувати нашими зусиллями зі стабілізації цих систем і захисту їх від деградації», — сказав Волтер Дрісделл, науковий співробітник відділу хімічних наук Berkeley Lab і головний дослідник LiSA.
У новаторському дослідженні, проведеному в Сполучених Штатах, дослідники з Національної лабораторії імені Лоуренса Берклі (Berkeley Lab) і Національної прискорювальної лабораторії SLAC розкрили фундаментальні механізми, які обмежують продуктивність мідних каталізаторів. Ці каталізатори є важливими компонентами штучного фотосинтезу, процесу, який перетворює вуглекислий газ і воду на цінні види палива та хімічні речовини.
Результати, опубліковані в Journal of the American Chemical Society, пропонують безпрецедентне розуміння деградації каталізаторів, проблеми, яка спантеличує вчених протягом десятиліть.
Використовуючи складні рентгенівські методи, команда безпосередньо спостерігала, як змінюються наночастинки міді під час каталітичного процесу. Вони застосували малокутове рентгенівське розсіювання (SAXS), щоб отримати уявлення про деградацію каталізатора. Це дозволило їм ідентифікувати та спостерігати два конкуруючі механізми, які доводять наночастинки міді до межі деградації в каталізаторі електрохімічної реакції відновлення CO (CORR): міграція та коалесценція частинок (PMC) і дозрівання Оствальда.
Дослідники виявили, що процес PMC домінує в перші 12 хвилин реакції CORR, після чого відбувається дозрівання Оствальда. Нижча напруга запускає міграцію та агломерацію процесу PMC, тоді як більша напруга прискорює реакції, збільшуючи процес розчинення та повторного осадження дозрівання Оствальда.
Ці відкриття пропонують різні стратегії пом’якшення наслідків для захисту каталізаторів. До них належать покращені опорні матеріали для обмеження PMC або стратегії легування та фізичні покриття для уповільнення розчинення та зменшення дозрівання Оствальда. Майбутні дослідження будуть зосереджені на тестуванні різних схем захисту та розробці каталітичних покриттів для спрямування реакцій CORR на виробництво конкретних видів палива та хімічних речовин.