Walter Drisdell, nhà khoa học nhân viên tại Phòng Khoa học Hóa học của Phòng thí nghiệm Berkeley và là nhà nghiên cứu chính của LiSA, cho biết: "Cách tiếp cận của chúng tôi cho phép chúng tôi khám phá sự phát triển của phân bố kích thước nano theo chức năng của điều kiện hoạt động và xác định hai cơ chế khác nhau mà sau đó chúng tôi có thể sử dụng để hướng dẫn các nỗ lực của mình nhằm ổn định các hệ thống này và bảo vệ chúng khỏi sự suy thoái".
Trong một nghiên cứu đột phá được thực hiện tại Hoa Kỳ, các nhà nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Lawrence Berkeley (Phòng thí nghiệm Berkeley) và Phòng thí nghiệm Máy gia tốc Quốc gia SLAC đã tiết lộ các cơ chế cơ bản hạn chế hiệu suất của chất xúc tác đồng. Các chất xúc tác này là thành phần quan trọng trong quá trình quang hợp nhân tạo, một quá trình biến đổi carbon dioxide và nước thành nhiên liệu và hóa chất có giá trị.
Các phát hiện, được công bố trên Tạp chí của Hiệp hội Hóa học Hoa Kỳ, cung cấp những hiểu biết chưa từng có về sự suy thoái của chất xúc tác, một thách thức đã khiến các nhà khoa học bối rối trong nhiều thập kỷ.
Sử dụng các kỹ thuật tia X tinh vi, nhóm nghiên cứu đã trực tiếp quan sát cách các hạt nano đồng thay đổi trong quá trình xúc tác. Họ đã áp dụng kỹ thuật tán xạ tia X góc nhỏ (SAXS) để hiểu rõ hơn về sự suy thoái của chất xúc tác. Điều này cho phép họ xác định và quan sát hai cơ chế cạnh tranh thúc đẩy các hạt nano đồng đến bờ vực suy thoái trong chất xúc tác phản ứng khử điện hóa CO (CORR): sự di chuyển và kết tụ hạt (PMC) và sự chín Ostwald.
Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng quá trình PMC chiếm ưu thế trong 12 phút đầu tiên của phản ứng CORR, sau đó là sự chín Ostwald. Điện áp thấp hơn kích hoạt sự di chuyển và kết tụ của quá trình PMC, trong khi điện áp lớn hơn làm tăng tốc các phản ứng, làm tăng quá trình hòa tan và tái lắng đọng của sự chín Ostwald.
Những khám phá này gợi ý các chiến lược giảm thiểu khác nhau để bảo vệ chất xúc tác. Chúng bao gồm các vật liệu hỗ trợ được cải thiện để hạn chế PMC hoặc các chiến lược hợp kim và lớp phủ vật lý để làm chậm quá trình hòa tan và giảm sự chín Ostwald. Các nghiên cứu trong tương lai sẽ tập trung vào việc thử nghiệm các sơ đồ bảo vệ khác nhau và thiết kế các lớp phủ xúc tác để điều khiển các phản ứng CORR tạo ra các loại nhiên liệu và hóa chất cụ thể.