Zawiłości katalizy
Katalizator w sposób odwracalny wiąże się z jednym lub wieloma substratami reakcji chemicznej i choć wspomaga przebieg reakcji, sam nie jest przez nią zmieniany. Dzięki temu ten sam katalizator może być wielokrotnie używany w kolejnych reakcjach do przyspieszania procesu i zwiększania uzysku. Celem mechanizmu dopasowania jest uzyskanie jak największej specyficzności, aby ograniczyć konkurencję dla właściwych substratów reakcji ze strony podobnych strukturalnie związków. Zrozumienie zasad tej rywalizacji ma kluczowe znaczenie dla procesu poszukiwania tańszych katalizatorów do obiecujących, ekologicznych ogniw paliwowych. W ramach finansowanego ze środków UE projektu "Electrocatalysis on model interfaces" (ELCAMI) zastosowano in situ spektroskopię w podczerwieni i ramanowską do badań lokalnej struktury i reaktywności nowatorskich katod palladowych. Poszukując alternatywy dla kosztownej platyny stosowanej dotychczas w niskotemperaturowych ogniwach paliwowych z membraną do wymiany protonów (LT-PEMFC), naukowcy porównali cztery rodzaje platform na bazie palladu. Prace skoncentrowano na reakcjach redoks zachodzących na katodzie. Badania ujawniły nowe informacje na temat roli adsorbatów alkoholowych (-OH) i tlenków powierzchniowych w kinetyce reakcji redoks. Związki te rywalizują z tlenem cząsteczkowym o dostęp do miejsc aktywnych w katalizatorach. Badania in situ powierzchni monokryształów umożliwiły dokonanie przełomowych odkryć w zakresie fundamentalnych procesów utleniania i redukcji zachodzących podczas elektrokatalizy. Uzyskane wyniki pozwoliły uzyskać cenny wgląd w elektrochemię katod palladowych, które mogą znaleźć zastosowanie w niedrogich ogniwach LT-PEMFC. W szerszym kontekście badacze dowiedli przydatności doświadczeń in situ na monokryształach z wykorzystaniem spektroskopii w podczerwieni i ramanowskiej do precyzowania relacji między strukturą a czułością podczas katalizy. Opracowane przez projekt ELCAMI technologie i związane z nimi wytyczne doświadczalnych pomiarów katalizy mogą stanowić zapowiedź nowej ery odkryć i innowacji. Nowe wyniki stanowią kolejny krok na drodze do czystej i opłacalnej energii w świecie przyszłości.
Słowa kluczowe
Katalizator, monokryształ, ogniwa paliwowe, w podczerwieni, ramanowska, spektroskopia, katody, ogniwa LT-PEMFC, reakcja redoks, adsorbat alkoholowy
