Cho đến nay, các nhà hóa học đã phát hiện và sản xuất được nhiều chất xúc tác. Nhiều nghiên cứu theo hướng này vẫn đang được tiếp tục thực hiện. Tuy nhiên, cơ chế hoạt động của các chất xúc tác vẫn chưa được hiểu một cách đầy đủ.
Lần đầu tiên, các nhà nghiên cứu tại Đại học Virginia (Mỹ) đã xác định một dạng mới của tâm hoạt tính xúc tác trong quá trình oxy hóa, qua đó làm sáng tỏ các hoạt động bên trong của quá trình này. Khám phá này có ý nghĩa to lớn đối với sự hiểu biết quá trình xúc tác, vì xúc tác phản ứng oxy hóa là quá trình rất quan trọng cho nhiều ứng dụng công nghệ.
Trong khảo sát nói trên, các nhà nghiên cứu đã sử dụng cả những công cụ thí nghiệm như quang phổ kế và các công cụ lý thuyết như hóa học máy tính, cho phép nghiên cứu chất xúc tác ở cấp nguyên tử. Vì vậy, họ đã có thể tập trung khảo sát và tìm kiếm với hiệu quả cao hơn so với trước đây. Những gì họ đã phát hiện có thể được sử dụng rộng rãi để tạo ra các chất xúc tác dùng cho tất cả các loại phản ứng xúc tác.
Bằng cách sử dụng chất nền titan đioxit giữ các hạt vàng có kích thước nano, các nhà hóa học tại Đại học Virginia đã tìm thấy một vị trí đặc biệt, hoạt động như chất xúc tác tại ranh giới tiếp xúc giữa hạt vàng và chất nền titan đioxit. Vị trí này sở dĩ đặc biệt vì nó liên quan đến liên kết giữa một phân tử oxy với một nguyên tử vàng và một nguyên tử titan liền kề trong chất nền. Các hạt vàng cũng như chất nền titan đioxit sẽ không thể hiện hoạt tính xúc tác này khi được nghiên cứu riêng rẽ.
Bằng cách sử dụng phép đo quang phổ kết hợp với lý thuyết, nhóm nghiên cứu đã có thể theo dõi những biến đổi cụ thể ở cấp phân tử và xác định chính xác vị trí xảy ra những biến đổi đó trên bề mặt chất xúc tác.
Với nghiên cứu trên, các nhà khoa học đã chứng minh rằng hoạt tính xúc tác quan trọng đã xuất hiện tại các vị trí đặc biệt được hình thành trên ranh giới tiếp xúc giữa các hạt vàng và chất nền titan đioxit. Các nhà khoa học gọi đây là tâm hoạt tính xúc tác kép vì nó liên quan đến hai loại nguyên tử khác nhau.
Trong thí nghiệm nói trên, các nhà nghiên cứu đã nhận thấy phân tử oxy liên kết hóa học với một nguyên tử vàng ở rìa của cụm hạt vàng và một nguyên tử titan lân cận trên chất nền titan đioxit, qua đó phản ứng với một phân tử cacbon monoxit bị hấp phụ để tạo thành cacbon đioxit. Bằng phương pháp quang phổ, các nhà nghiên cứu có thể theo dõi sự tiêu thụ cacbon monoxit tại tâm hoạt tính xúc tác kép. Tâm đặc biệt này đặc trưng cho việc kích hoạt phân tử oxy để tạo ra phản ứng oxy hóa trên bề mặt của chất xúc tác.
Hoahocngaynay.com
Nguồn Vinachem/Science News
