Спустя почти четыре десятилетия химики из Лейдена и Эйндховена решили дискуссию о правильной модели относительно простейшей химической реакции в гетерогенном катализе, которая необходима для топливных элементов. Используя уникальную изогнутую платиновую поверхность, Ludo Juurlink и Ph.D. Кандидат Ричард ван Лент из Лейдена и Майкл Глисон из DIFFER показали, какая модель правильно описывает реакцию водорода. Они опубликовали свои выводы в « Науке» 11 января.
В течение почти четырех десятилетий в химической литературе велись жаркие споры : какая из двух существующих моделей реакции водорода на платиновый катализатор верна (см. Вставку)? Традиционных методов не было достаточно, чтобы доказать это. Лейденский химик Людо Юрлинк и Майкл Глисон из Голландского института фундаментальных энергетических исследований (DIFFER) решили разработать новый метод для предоставления убедительных доказательств, который оказался успешным.
Две существующие модели гетерогенного катализа дают разные прогнозы о том, как реакция водорода зависит от структуры платиныповерхность. С помощью измерений исследователи могли определить реакционную способность водорода и таким образом доказать, какая модель является правильной. Критическое значение для этого имело криволинейное платиновое стекло, которое впервые было сделано голландской компанией в Зандаме. «Поскольку поверхность платины искривлена, атомная структура очень постепенно изменяется вдоль поверхности», — объясняет Юурлинк. «Вы можете сравнить эту структуру с лестницей, ступени которой к краям становятся все уже и уже. В середине она больше похожа на бальный зал». Оказалось, что реакционная способность водорода линейно зависит от того, насколько близки ступени друг к другу. Чем дальше эти стадии, тем меньше реакционноспособный водород. «И поэтому модель, которая предсказывала нелинейное поведение, неверна», -говорит он.
Исследование проводилось в сверхвысоком вакууме и дает важную информацию. «Теперь мы знаем лучше, как рассчитать скорость химических реакций — одна из моделей не вносит существенного вклада», — говорит Юурлинк. «Кроме того, теперь мы знаем, что эти изогнутые кристаллические поверхности предоставляют уникальную новую возможность узнать, как на самом деле происходят химические реакции на поверхностях. Мы, безусловно, будем проводить дополнительные исследования».
Почти все основные химические промышленные процессы используют гетерогенный катализ . Катализаторы иногда дороги и редки, такие как платина, распространенный катализатор в топливных элементах и выхлопных системах автомобилей. «Необычно то, что мы обычно даже не знаем, как и почему такие катализаторы ускоряют химические реакции», — говорит Юурлинк. Лучшее понимание того, как и почему это сделает химическую промышленность более устойчивой. «На основе лучшего понимания того, что происходит на атомном уровне, мы можем разработать новые катализаторы», — говорит Юурлинк. «Катализаторы, которые вызывают меньшие потери энергии и в меньшей степени зависят от дорогих и редких материалов».
