"Nossa abordagem nos permitiu explorar como a distribuição de tamanho em nanoescala evolui em função das condições de operação e identificar dois mecanismos diferentes que podemos usar para orientar nossos esforços para estabilizar esses sistemas e protegê-los da degradação", disse Walter Drisdell, cientista da Divisão de Ciências Químicas do Berkeley Lab e investigador principal da LiSA.
Em um estudo inovador realizado nos Estados Unidos, pesquisadores do Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) e do SLAC National Accelerator Laboratory revelaram os mecanismos fundamentais que limitam o desempenho dos catalisadores de cobre. Esses catalisadores são componentes cruciais na fotossíntese artificial, um processo que transforma dióxido de carbono e água em combustíveis e produtos químicos valiosos.
As descobertas, publicadas no Journal of the American Chemical Society, oferecem insights sem precedentes sobre a degradação do catalisador, um desafio que tem intrigado os cientistas por décadas.
Usando técnicas sofisticadas de raios X, a equipe observou diretamente como as nanopartículas de cobre mudam durante o processo catalítico. Eles aplicaram espalhamento de raios X de pequeno ângulo (SAXS) para obter insights sobre a degradação do catalisador. Isso permitiu que eles identificassem e observassem dois mecanismos concorrentes que levam as nanopartículas de cobre à beira da degradação em um catalisador de reação de redução eletroquímica de CO (CORR): migração e coalescência de partículas (PMC) e amadurecimento de Ostwald.
Os pesquisadores descobriram que o processo PMC domina nos primeiros 12 minutos da reação CORR, seguido pelo amadurecimento de Ostwald. Voltagens mais baixas desencadeiam a migração e aglomeração do processo PMC, enquanto voltagens maiores aceleram as reações, aumentando a dissolução e o processo de redeposição do amadurecimento de Ostwald.
Essas descobertas sugerem várias estratégias de mitigação para proteger os catalisadores. Isso inclui materiais de suporte aprimorados para limitar o PMC ou estratégias de liga e revestimentos físicos para retardar a dissolução e reduzir o amadurecimento de Ostwald. Estudos futuros se concentrarão em testar diferentes esquemas de proteção e projetar revestimentos catalíticos para direcionar as reações CORR para a produção de combustíveis e produtos químicos específicos.