Katalys bygger på komplexa processer. I en ny studie från Chalmers har fysikforskare använt avancerad, högupplöst elektronmikroskopi och en ny typ av datorsimuleringar för att lägga en ny bit i katalyspusslet.

Resultatet av studien har forskarna publicerat i tidskriften Nature Communications.

– Det är fantastiskt att vi har lyckats tänja på gränserna och kunnat uppnå en sådan precision med elektronmikroskopi. Vi kan se exakt var och hur atomerna sitter i en struktur. Genom att ha pikometer-precision, det vill säga en precision som är en hundradel av en atom, kan vi på sikt förbättra materialegenskaperna och därmed den katalytiska prestandan, säger Torben Nilsson Pingel, forskare på institutionen för fysik på Chalmers och en av författarna till den vetenskapliga artikeln, i ett pressmeddelande.

Han och hans kollegor har lyckats visa att pikometersmå förändringar av atom-avstånden i metalliska nanopartiklar påverkar den katalytiska aktiviteten. Det är nanopartiklar av platina som forskarna har haft under luppen. Experimenten har gjorts med hjälp av sofistikerade elektronmikroskop i Chalmers materialanalyslaboratorium och resultaten kan nu användas på bred front. Genom metodutveckling av Andrew Yankovich har forskarna kunnat förbättra precisionen, och kan nu till och med nå ner till subpikometer-precision.

– Våra metoder är inte bundna till något särskilt material, utan bygger på generella principer som går att applicera på olika katalytiska system. När vi kan designa materialen bättre kan vi få både mer energieffektiva katalysatorer och en renare miljö, säger Eva Olsson, professor på institutionen för fysik på Chalmers.

Arbetet har utförts inom ramen för Kompetenscentrum katalys på Chalmers. För att kunna studera hur små förändringar av atomavstånd verkligen påverkar katalysprocessen har Mikkel Jørgensen och Henrik Grönbeck gjort avancerade datorsimuleringar på det nationella datacentrum som finns på Chalmers. Med hjälp av informationen från mikroskopen har det varit möjligt att se exakt hur den katalytiska processen påverkas av små ändringar i atomavstånd.

– Vi har utvecklat en ny metod för att göra simuleringar för katalytiska processer på nanopartiklar. Eftersom vi har kunnat använda verkliga värden i vår beräkningsmodell kan vi se hur reaktionen kan optimeras. Katalys är ett betydelsefullt teknikområde, så varje förbättring är ett viktigt framsteg – både ekonomiskt och miljömässigt, säger Henrik Grönbeck, professor på institutionen för fysik på Chalmers.