Les surfaces métalliques jouent un rôle de catalyseurs pour de nombreuses apps importantes – des piles à flamable à la purification des gaz d’échappement des voitures. Cependant, leur comportement est affecté de manière décisive par les atomes d’oxygène incorporés à la floor.


Ce phénomène est connu depuis longtemps, mais jusqu’à présent il n’a pas été achievable d’étudier avec précision le rôle de l’oxygène dans des surfaces complexes point par place pour comprendre le fond chimique au niveau atomique. Ceci a été réalisé à la TU Wien en coopération avec une équipe du synchrotron Elettra à Trieste. Il est devenu achievable d’expliquer pourquoi dans des études antérieures des résultats partiellement contradictoires avaient été obtenus: les atomes d’oxygène ne sont pas répartis uniformément, mais s’installent particulièrement facilement dans des endroits très spécifiques.

Pourquoi les surfaces en oxyde métallique se comportent-elles différemment ?

Mesures de précision au lieu de valeurs moyennes

« C’est un grand défi d’examiner une surface area métallique directement pendant la catalyse », déclare le professeur Günther Rupprechter de l’Institut de chimie des matériaux de la TU Wien. « Vous pouvez, bien sûr, mettre tout le catalyseur dans un réacteur et mesurer exactement quels produits chimiques sont produits, mais vous n’obtenez qu’une valeur moyenne. Vous ne pouvez pas savoir quels web-sites sur le catalyseur ont contribué à la réaction chimique et en quoi façon. »


Une autre possibilité est de ne pas utiliser un véritable catalyseur, mais une pièce basic, très propre et idéalisée – comme un minuscule monocristal, aux propriétés bien connues, que vous pouvez ensuite étudier au microscope. Dans ce cas, vous obtenez des résultats précis et reproductibles, mais ils n’ont pas grand-chose à voir avec des purposes pratiques.

Le groupe de recherche dirigé par Günther Rupprechter et Yuri Suchorski a donc combiné les avantages des deux approches. Ils utilisent de minces feuilles de rhodium, constituées de petits grains. Sur chaque grain, les atomes de surface area peuvent être disposés différemment. Dans un grain, ils forment une surface lisse et régulière avec les atomes extérieurs exactement dans le même program à côté, les atomes peuvent s’organiser pour previous une composition as well as compliquée composée de nombreuses étapes atomiques.

Les endroits préférés des atomes d’oxygène

Ce sont précisément ces étapes qui s’avèrent cruciales. « Pour l’activité catalytique, l’état d’oxydation du catalyseur joue un rôle central – c’est-à-dire que l’oxygène se fixe ou non aux atomes métalliques », explique Philipp Winkler, le leading auteur de l’article. « Dans des expériences antérieures, nous avons constaté que nous avions souvent affaire à un sure état entre » oxydé « et » non oxydé « – une condition difficile à interpréter ».

Cependant, cela peut être compris quand on se rend compte que tous les grains de la feuille de rhodium ne sont pas oxydés au même degré. L’oxydation start de préférence aux cash, aux bords et aux marches – là, il est particulièrement facile pour les atomes d’oxygène de se lier à la surface area. Par conséquent, différents grains avec des buildings de surface différentes sont oxydés à différents degrés.

Microscope électronique et synchrotron à Trieste

Cela pourrait être étudié en utilisant une combinaison de systems hautement développées: « Dans un microscope électronique spécial, l’échantillon est irradié avec de la lumière UV pendant la réaction catalytique et l’émission d’électrons résultante est enregistrée avec une résolution spatiale micrométrique », explique Yuri Suchorski, « ce permet de déterminer exactement quels grains de la feuille de rhodium sont particulièrement actifs catalytiquement.Le même échantillon est ensuite réexaminé avec un microscope complètement différent: grain par grain avec rayons X au synchrotron, obtenant des informations très précises sur l’oxydation de area du échantillon. »

Si vous combinez les deux résultats, vous pouvez déterminer exactement quel comportement chimique est caractéristique de structures particulières. Le principal avantage: Il est feasible d’examiner toute la feuille de rhodium contenant des centaines de grains différents en une seule expérience. Au lieu d’étudier séparément de minuscules monocristaux, un échantillon contenant de nombreuses structures différentes utilisées pour la catalyse est étudié dans des problems réelles et des informations sur les propriétés de ces constructions sont obtenues immédiatement.

« C’est une étape importante dans la recherche sur la catalyse », souligne Rupprechter. « Nous n’avons plus à nous contenter de mesurer une valeur moyenne qui décrit mal l’ensemble de l’échantillon, mais nous pouvons vraiment comprendre en détail quelles structures atomiques présentent quels effets. Cela permettra également d’améliorer spécifiquement les catalyseurs importants nécessaires pour de nombreuses programs dans les systems énergétiques et environnementales. «