Dynamika adatomů a nanočástic na substrátech s jednoatomárními katalyzátory

Drahé kovy představují účinné katalyzátory pro řadu technologicky a energeticky relevantních chemických reakcí. Protože katalytické reakce mohou zprostředkovat pouze povrchové atomy kovu, přistupuje se k přípravě katalyzátorů ve formě kovových nanočástic, které povrch vystavený reaktantům maximalizují. V poslední době se rozvíjí obor takzvaných jednoatomových katalyzátorů, ve kterých je vzácný kov dispergován na jednotlivé izolované atomy, takže katalytický účinek může potenciálně poskytnout každý atom vzácného kovu.

Protože disperze na jednotlivé atomy je pro kovy energeticky nevýhodná, je potřeba poskytnout kovovým atomům vhodný substrát, na který budou dostatečně silně vázány. A protože jde o vazbu jednotlivých atomů, rozhoduje o síle vazby lokální atomární a chemická struktura povrchu. Jednoatomové katalyzátory reprezentují v důsledku toho velmi dynamické a svým způsobem i neuchopitelné systémy, které ochotně mění svou strukturu z katalyzátoru jednoatomového na katalyzátor obsahující kovové nanočástice a zpět například v přítomnosti různých reaktantů, mezi přípravou a použitím nebo dokonce mezi použitím a mikroskopickou charakterizací.

V nové studii se poprvé podařilo identifikovat a parametrizovat ucelený soubor mechanismů na atomární úrovni, které o stabilitě a nestabilitě jednoatomových katalyzátorů rozhodují. Na základě tohoto souboru bylo nově možné změny ve struktuře jednoatomových katalyzátorů modelovat a získat vysvětlení řady již pozorovaných dynamických jevů. Pro praktické využití jsou důležité předpovědi modelu, které ukazují nové způsoby, kterými lze zlepšit kontrolu nad strukturou a dlouhodobou stabilitu jednoatomových katalyzátorů i katalyzátorů obsahujících kovové nanočástice.

https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/acscatal.2c00291

https://www.mff.cuni.cz/cs/verejnost/aktuality/tajny-zivot-jednoatomovych-katalyzatoru