使用有效的催化劑是使許多技術(shù)程序首先可行的原因。實際上，化學(xué)工業(yè)中產(chǎn)生的80%以上產(chǎn)物的合成需要輸入特定的催化劑。其中大多數(shù)是固態(tài)催化劑，它們可能發(fā)生的反應(yīng)發(fā)生在吸附在其表面的分子之間。催化劑的特定性質(zhì)允許起始分子相互作用并加速它們之間的反應(yīng)，而不消耗或改變催化劑本身。然而，有效的催化還需要有效的混合，因此反應(yīng)物必須能夠在催化劑表面上橫向擴(kuò)散，以最大化經(jīng)歷所需反應(yīng)的機(jī)會。但是，在工業(yè)過程中使用的條件下，催化劑的表面通常如此密集地填充有吸附的顆粒，因此不清楚分子如何能夠有效地擴(kuò)散。由Ludwig-Maximilian-Universitaet(LMU)化學(xué)系的Joost Wintterlin教授領(lǐng)導(dǎo)的研究人員現(xiàn)在已經(jīng)證明，盡管反應(yīng)物確實花費(fèi)時間幾乎困在催化劑表面，但占用的局部波動經(jīng)常提供改變位置的機(jī)會。新發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)在領(lǐng)先的期刊上 當(dāng)?shù)鼐用竦牟▌咏?jīng)常提供改變立場的機(jī)會。新發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)在領(lǐng)先的期刊上 當(dāng)?shù)鼐用竦牟▌咏?jīng)常提供改變立場的機(jī)會。新發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)在領(lǐng)先的期刊上科學(xué)。

為了深入了解在固態(tài)催化劑上發(fā)生的分子過程，Wintterlin及其同事使用掃描隧道顯微鏡(STM)監(jiān)測單個氧原子在釕(Ru)催化劑上的遷移率，該催化劑密集地吸附在吸附劑上一氧化碳(CO)分子。“我們選擇這個系統(tǒng)是因為CO氧化成CO 2Wintterlin解釋說，屬于鉑族的金屬是一種經(jīng)過充分研究的固態(tài)催化模型。然而，傳統(tǒng)的掃描隧道顯微鏡無法捕捉到該反應(yīng)體系的表面動力學(xué)。但該團(tuán)隊成功地提高了數(shù)據(jù)采集??的速度，最終達(dá)到每秒多達(dá)50幅圖像的速度 - 足夠高，可以制作催化劑上顆粒動態(tài)的視頻。

STM圖像顯示氧原子被吸附在Ru催化劑表面的CO分子形成的三角形籠完全包圍。對視頻的分析表明，單個氧原子只能在由Ru原子間隙形成的三個位置之間跳躍。“但令我們驚訝的是，我們還觀察到一個原子可以從它的籠子中逃逸出來，然后突然開始以一個幾乎和在完全空的表面上一樣高的速度擴(kuò)散通過一氧化碳基質(zhì)，”Ann說。 -KathrinHenß，該研究論文的第一作者。與烏爾姆大學(xué)理論化學(xué)研究所的AxelGroß教授合作，慕尼黑的研究人員能夠?qū)⑦@種現(xiàn)象與表面上CO的局部密度波動聯(lián)系起來，這產(chǎn)生了分子或多或少緊密堆積在一起的區(qū)域。當(dāng)這種波動發(fā)生在氧原子附近時，后者可以從其籠中逸出，并進(jìn)入新的位置。事實上，這種“開門機(jī)制”如此迅速地打開擴(kuò)散通道，使得氧原子通過基質(zhì)的運(yùn)動不會受到顯著阻礙。這就解釋了為什么他們幾乎總能找到一種新的結(jié)合伴侶來促進(jìn)催化劑的反應(yīng)。如此迅速地打開擴(kuò)散途徑，使得氧原子通過基質(zhì)的運(yùn)動不會受到顯著阻礙。這就解釋了為什么他們幾乎總能找到一種新的結(jié)合伴侶來促進(jìn)催化劑的反應(yīng)。如此迅速地打開擴(kuò)散途徑，使得氧原子通過基質(zhì)的運(yùn)動不會受到顯著阻礙。這就解釋了為什么他們幾乎總能找到一種新的結(jié)合伴侶來促進(jìn)催化劑的反應(yīng)。