一項新研究表明，正在考慮用於工業規模的環境修復工作的一些微小的催化劑在運行期間可能是不穩定的。滑鐵盧大學的化學家們研究了被稱為 “納米級電催化劑 “的複雜催化劑的結構，發現它們並不像科學家曾經認為的那樣穩定。在使用過程中，當電流流經它們時，原子可能會重新排列。研究人員發現，在某些情況下，電催化劑會完全退化。
了解這種重新排列和降解發生的原因和方式，是將這些納米級電催化劑用於環境修復工作的第一步，例如去除大氣中的二氧化碳和地下水污染物，並將其轉化為更高價值的產品，如燃料。
滑鐵盧化學系教授Anna Klinkova說：“目前的電催化劑依賴於複雜的納米級結構，以優化其效率。然而，我們發現的是，這些複雜的納米材料的優越性能往往是以其逐漸的結構退化為代價的，因為在其有效性和穩定性之間存在着權衡。”
Klinkova和她的團隊發現，催化劑中原子的重排取決於金屬的類型、結構形狀和催化劑的反應條件。
他們確定了重排的兩個原因。一些小分子可以暫時附着在催化劑的表面，並減少一個原子在表面移動所需的能量。在其他情況下，催化劑內的狹窄區域集中了電子的電流，導致金屬原子通過一個稱為電遷移的過程發生位移。電遷移先前已在微電子學中被確認，但這是第一次將其與納米級催化劑聯繫起來。
這些發現為評估結構穩定性和繪製納米級催化劑的幾何形狀變化建立了一個框架，這是未來設計更好的催化劑的一個重要步驟。
“這些結構效應可以作為未來催化劑開發的設計規則之一，以最大限度地提高其穩定性，”Klinkova說。“你也可以有目的地誘導重建到一個不同的結構，在反應開始時變得活躍。”