Mamy prawdziwy przełom. Ten metal może naśladować inne

Naukowcy z Uniwersytetu Minnesoty stworzyli urządzenie zdolne do przekształcania metalu w taki sposób, by zachowywał się on jak inny i był wykorzystywany w formie katalizatora w reakcjach chemicznych.

Kondensator katalityczny, bo tak można nazwać ten instrument, mógłby przyspieszyć rozwój technologii opartych na katalizatorach z metali nieszlachetnych. W grę wchodzi między innymi magazynowanie energii odnawialnej, produkcja paliw odnawialnych czy też wytwarzanie zrównoważonych materiałów.

Czytaj też: Metale można wydobywać z wody. To potencjalne rozwiązanie problemu z dostępem do zasobów

Członkowie zespołu odpowiedzialnego za nowe ustalenia w tej sprawie opisali swoje dokonania na łamach JACS Au. Wyjaśnili, jak wiedzą dotycząca zachowania elektronów na powierzchniach pomogła im w przetestowaniu teorii zakładającej, że dodawanie i usuwanie elektronów z jednego materiału może zmienić tlenek metalu w coś naśladującego właściwości innego.

Metal, który zachowuje się niczym kameleon

Metale szlachetne takie jak ruten, platyna, rod czy pallad posiadają unikalne właściwości elektroniczne powierzchni. W związku z tym można je wykorzystywać zarówno w formie metali, jak i tlenków metali, co sprawia, iż mają kluczowe znaczenie dla kontrolowania reakcji chemicznych. Problem polega na tym, że wspomniane metale są trudno dostępne, a co za tym idzie – niezwykle drogie. To z kolei uniemożliwia rozwój wielu technologii, dlatego tak ważne jest poszukiwanie alternatyw.

Atomy nie chcą zmieniać liczby swoich elektronów, lecz wynaleźliśmy urządzenie do kondensacji katalitycznej, które pozwala nam regulować liczbę elektronów na powierzchni katalizatora. To zapewnia zupełnie nowe możliwości kontrolowania chemii i sprawiania, by materiały powszechnego użytku zachowywały się jak materiały szlachetne

wyjaśnia główny autor badań, Paul Dauenhauer

Czytaj też: Dwusiarczek molibdenu – wyjątkowy materiał, który może zrewolucjonizować elektronikę

Kondensator katalityczny zaprojektowany przez zespół Dauenhauera wykorzystuje kombinację nanometrowych folii do przemieszczania i stabilizacji elektronów na powierzchni katalizatora. Ważny jest też mechanizm umożliwiający łączenie metali i tlenków metali z grafenem, dzięki czemu zachodzi szybki przepływ elektronów na modyfikowalnych powierzchniach. Jak przyznaje Tzia Ming Onn, również zaangażowana w projekt, zdolność do dostrajania właściwości katalitycznych i elektronicznych katalizatora przerosła oczekiwania jej zespołu. 

Imponujące możliwości nowego urządzenia

Jeśli chodzi o zakres stabilizacji elektronów, to można go regulować, zmieniając skład silnie izolującej warstwy wewnętrznej. Warstwa aktywna urządzenia może zawierać dowolny podstawowy materiał katalityczny oraz dostrajane dodatki, za sprawą których możliwe jest uzyskanie właściwości drogich materiałów katalitycznych. Wśród planów na przyszłość autorzy wymieniają natomiast magazynowanie odnawialnej energii elektrycznej w postaci amoniaku czy produkcję kluczowych cząsteczek w odnawialnych tworzywach sztucznych.