Scienziati utilizzano perossido per osservare le reazioni degli ossidi metallici
Ricercatori dell’Università di Binghamton hanno collaborato con il Center for Functional Nanomaterials (CFN) – un centro di ricerca finanziato dal Department of Energy degli Stati Uniti – per comprendere meglio come i perossidi sulla superficie dell’ossido di rame possano promuovere l’ossidazione dell’idrogeno, ma inibire l’ossidazione del monossido di carbonio. Questo ha permesso loro di controllare le reazioni di ossidazione. Con due metodi di spettroscopia complementari, non ancora usati in questo modo, i ricercatori sono stati in grado di osservare queste rapide modifiche. I risultati di questo studio sono stati pubblicati nella rivista Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
” Il rame è una delle superfici più studiate e rilevanti sia nella catalisi che nella scienza della corrosione. Molti componenti meccanici usati nell’industria sono in rame, quindi cercare di capire questo elemento nei processi di corrosione è molto importante “, ha spiegato Anibal Boscoboinik, scienziato dei materiali al CFN.
“Mi è sempre piaciuto osservare i sistemi di rame “, ha detto Ashley Head, anche lei scienziata dei materiali al CFN. ” Hanno proprietà e reazioni interessanti, alcune delle quali sono davvero sorprendenti.”
Comprendere meglio i catalizzatori degli ossidi dà ai ricercatori un maggior controllo sulle reazioni chimiche prodotte, comprese soluzioni per l’energia pulita. Il rame, ad esempio, può cataliticamente formare e convertire il metanolo in combustibili preziosi, quindi essere in grado di controllare la quantità di ossigeno e il numero di elettroni sul rame è un passo chiave per le reazioni chimiche efficienti.
I perossidi sono composti chimici che contengono due atomi di ossigeno collegati da elettroni condivisi. Il legame nei perossidi è abbastanza debole, il che permette ad altri composti di alterare la sua struttura, rendendoli molto reattivi. In questo esperimento, i ricercatori sono stati in grado di alterare le fasi di redox delle reazioni di ossidazione catalitica su una superficie ossidata di rame (CuO) identificando la composizione delle specie di perossido formate con diversi gas: O2 (ossigeno), H2 (idrogeno) e CO (monossido di carbonio).
La redox è una combinazione di riduzione e ossidazione. In questo processo, l’agente ossidante guadagna un elettrone e l’agente riducente ne perde uno. Confrontando queste diverse specie di perossido e come queste fasi si sono sviluppate, i ricercatori hanno scoperto che uno strato superficiale di perossido aumentava significativamente la riducibilità di CuO a favore dell’ossidazione di H2. Hanno anche scoperto che, d’altra parte, agiva come inibitore per sopprimere la riduzione di CuO contro l’ossidazione di CO (monossido di carbonio). Hanno anche scoperto che questo effetto opposto del perossido sulle due reazioni di ossidazione deriva dalla modifica dei siti superficiali dove ha luogo la reazione.
Trovare questi siti di legame e imparare come promuovono o inibiscono l’ossidazione, permette ai ricercatori di usare questi gas per avere un maggior controllo su come queste reazioni avvengono. Tuttavia, per sintonizzare queste reazioni, i ricercatori dovevano osservare ciò che stava accadendo.
Studiare questa reazione in situ era importante per il team, poiché i perossidi sono molto reattivi e questi cambiamenti avvengono rapidamente. Senza gli strumenti o l’ambiente giusto, è difficile catturare un momento così limitato sulla superficie.
Le specie di perossido sulle superfici di rame non erano
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