2

Bilder

EFFEKTIVA. Chalmersforskare har hittat ett sätt att göra katalysatorer mer effektiva och miljövänliga, fr v professor Henrik Grönbeck, doktoranden Mikkel Jørgensen, Professor Eva Olsson, doktor Torben Nilsson Pingel och doktor Andrew Yankovich (Bilden är tagen vid ett av elektronmikroskopen på Chalmers materialanalyslaboratorium i Göteborg) . Foto: Johan Bodell

FORSKNING

Genom att studera material ända ner på atomär nivå har chalmersforskare hittat ett sätt att göra katalysatorer mer effektiva och miljövänliga. Resultaten har publicerats i tidskriften Nature Communications. Metoderna kan användas för att förbättra många olika typer av katalysatorer.

Katalysatorer används för att underlätta kemiska reaktioner. Även om de flesta tänker på avgasrening, används katalysatorer inom en rad områden i samhället. Det har uppskattats att mer än 90 procent av alla kemikalier och bränslen tillverkas med katalysatorer. Oavsett i vilket sammanhang de används, bygger katalys på komplexa atomära processer. I den nya studien från Chalmers har fysikforskarna kopplat ett dubbelgrepp för att lägga en ny bit i katalyspusslet. De har använt både avancerad, högupplöst elektronmikroskopi och en ny typ av datorsimuleringar.

– Det är fantastiskt att vi har lyckats tänja på gränserna och kunnat uppnå en sådan precision med elektronmikroskopi. Vi kan se exakt var och hur atomerna sitter i en struktur. Genom att ha pikometer-precision, det vill säga en precision som är en hundradel av en atom, kan vi på sikt förbättra materialegenskaperna och därmed den katalytiska prestandan, säger Torben Nilsson Pingel, forskare på institutionen för fysik på Chalmers och en av författarna till den vetenskapliga artikeln.

Genom sitt arbete har han och kollegorna lyckats visa att pikometersmå förändringar av atom-avstånden i metalliska nanopartiklar påverkar den katalytiska aktiviteten. Det är nanopartiklar av platina som forskarna har haft under luppen. Experimenten har gjorts med hjälp av sofistikerade elektronmikroskop i Chalmers materialanalyslaboratorium och resultaten kan nu användas på bred front. Genom metodutveckling av Andrew Yankovich har forskarna kunnat förbättra precisionen, och kan nu till och med nå ner till subpikometer-precision.

– Våra metoder är inte bundna till något särskilt material, utan bygger på generella principer som går att applicera på olika katalytiska system. När vi kan designa materialen bättre kan vi få både mer energieffektiva katalysatorer och en renare miljö, säger Eva Olsson, professor på institutionen för fysik på Chalmers.

Arbetet har utförts inom ramen för Kompetenscentrum katalys på Chalmers. För att kunna studera hur små förändringar av atomavstånd verkligen påverkar katalysprocessen har Mikkel Jørgensen och Henrik Grönbeck gjort avancerade datorsimuleringar på det nationella datacentrum som finns på Chalmers. Med hjälp av informationen från mikroskopen har det varit möjligt att se exakt hur den katalytiska processen påverkas av små ändringar i atomavstånd.

– Vi har utvecklat en ny metod för att göra simuleringar för katalytiska processer på nanopartiklar. Eftersom vi har kunnat använda verkliga värden i vår beräkningsmodell kan vi se hur reaktionen kan optimeras. Katalys är ett betydelsefullt teknikområde, så varje förbättring är ett viktigt framsteg – både ekonomiskt och miljömässigt, säger Henrik Grönbeck, professor på institutionen för fysik på Chalmers.