Nieuw onderzoek toont aan dat sommige kleine katalysatoren die worden overwogen voor milieusaneringsinspanningen op industriële schaal tijdens bedrijf onstabiel kunnen zijn.

Chemici van de Universiteit van Waterloo bestudeerden de structuren van complexe katalysatoren die bekend staan ​​als ‘elektrokatalysatoren op nanoschaal’ en ontdekten dat ze niet zo stabiel zijn als wetenschappers ooit dachten. Wanneer er tijdens gebruik elektriciteit doorheen stroomt, kunnen de atomen zich herschikken. In sommige gevallen, zo ontdekten de onderzoekers, worden elektrokatalysatoren volledig afgebroken.

Begrijpen waarom en hoe deze herschikking en afbraak plaatsvindt, is de eerste stap naar het gebruik van deze elektrokatalysatoren op nanoschaal bij inspanningen voor milieusanering, zoals het verwijderen van kooldioxide in de atmosfeer en grondwaterverontreinigingen en het omzetten ervan in producten met een hogere waarde, zoals brandstoffen.

"De huidige elektrokatalysatoren vertrouwen op complexe structuren op nanoschaal om hun efficiëntie te optimaliseren", zegt Anna Klinkova, professor aan de afdeling Scheikunde van Waterloo. “Wat we echter hebben ontdekt, is dat de superieure prestaties van deze complexe nanomaterialen vaak ten koste gaan van hun geleidelijke structurele degradatie, omdat er een wisselwerking bestaat tussen hun effectiviteit en stabiliteit.”

Klinkova en haar team ontdekten dat de herschikking van atomen in de katalysator afhankelijk was van het type metaal, de structurele vorm en de reactieomstandigheden van de katalysator.

Zij identificeerden twee redenen voor de herschikkingen. Sommige kleine moleculen kunnen zich tijdelijk aan het oppervlak van de katalysator hechten en de energie verminderen die nodig is om een ​​atoom over het oppervlak te laten bewegen. In andere gevallen concentreren smalle gebieden binnen de katalysator de stroom van het elektron, waardoor de metaalatomen zich verplaatsen via een proces dat elektromigratie wordt genoemd.

Elektromigratie is eerder geïdentificeerd in de micro-elektronica, maar dit is de eerste keer dat het in verband wordt gebracht met katalysatoren op nanoschaal.

Deze bevindingen vormen een raamwerk voor het beoordelen van de structurele stabiliteit en het in kaart brengen van de veranderende geometrie van katalysatoren op nanoschaal, wat een belangrijke stap is naar het ontwerpen van betere katalysatoren in de toekomst.

"Deze structurele effecten zouden kunnen worden gebruikt als een van de ontwerpregels bij de toekomstige ontwikkeling van katalysatoren om hun stabiliteit te maximaliseren", aldus Klinkova. "Je zou ook doelbewust een reconstructie kunnen bewerkstelligen naar een andere structuur die actief wordt zodra de reactie begint."

De studie, Interplay of electrochemical and electric effects induces structural transformations in electrocatalysts, werd onlangs gepubliceerd in het tijdschrift Natuurkatalyse.

###

Coinsmart. Beste Bitcoin-beurs in Europa
Bron: https://bioengineer.org/metal-catalysts-used-for-environmental-sustainability-found-to-degrade-and-become-less-effectief/