金属表面在许多重要应用中起着催化剂的作用，从燃料电池到汽车尾气的净化。但是，它们的行为受到掺入表面的氧原子的决定性影响。这种现象早已为人所知，但是直到现在，仍不可能逐点精确地研究氧在复杂表面中的作用，以了解原子级的化学背景。现在，这是在维也纳维也纳与的里雅斯特的Elettra同步加速器团队合作完成的。可以解释为什么在以前的研究中获得了部分矛盾的结果：氧原子分布不均匀，但在非常特定的位置特别容易沉降。

精确测量而不是平均值

TU Wien材料化学研究所的GüntherRupprechter教授说：“直接在催化过程中检查金属表面是一个巨大的挑战。” “当然，您可以将整个催化剂放入反应器中，并准确测量产生的化学产物，但是您只能得到平均值。您无法知道催化剂上的哪些位点对化学反应有贡献，以及以何种方式起作用”。

另一种可能性不是使用真正的催化剂，而是使用简单，高度清洁的理想化催化剂，例如具有众所周知特性的微小单晶，然后可以在显微镜下对其进行研究。在这种情况下，您可以获得精确，可重复的结果，但是它们与实际应用无关。

因此，由GüntherRupprechter和Yuri Suchorski领导的研究小组结合了这两种方法的优势。他们使用由铑制成的薄箔，由小颗粒组成。在每个晶粒上，表面原子可以不同地排列。在一个晶粒中，它们形成一个光滑，规则的表面，外部原子都完全在同一平面上。在原子的旁边，原子可能会排列成一个更复杂的结构，该结构由许多原子步骤组成。

氧原子最喜欢的地方

正是这些步骤变得至关重要。该论文的第一作者菲利普·温克勒说：“就催化活性而言，催化剂的氧化态起着核心作用-即氧是否自身附着在金属原子上。” “在较早的实验中，我们发现我们经常在'氧化'和'未氧化'之间处理某种状态-这种情况很难解释。”

然而，当人们认识到并非所有的铑箔颗粒都被氧化到相同程度时，就可以理解这一点。氧化优选在拐角，边缘和台阶处开始-氧原子特别容易结合到表面上。因此，具有不同表面结构的不同晶粒被氧化至不同程度。

的里雅斯特的电子显微镜和同步加速器

可以使用先进技术的结合进行研究：“在特殊的电子显微镜中，在催化反应过程中用紫外线照射样品，并以微米级的空间分辨率记录所产生的电子发射，”尤里·苏科斯基解释说，“使我们能够准确地确定铑箔中的哪些颗粒具有特殊的催化活性，然后用完全不同的显微镜再次检查同一样品：在同步加速器中用X射线逐个颗粒地获取有关铑表面氧化的非常精确的信息。样本。”

如果将这两个结果结合起来，则可以准确确定哪种化学行为是特定结构的特征。关键优势：可以在单个实验中检查包含数百种不同晶粒的整个铑箔。代替单独研究微小的单晶，而是在实际条件下研究包含许多用于催化的不同结构的样品，并立即获得有关这些结构的性质的信息。

Rupprechter说：“这是催化研究的重要一步。” “我们现在不再需要仅仅测量一个不能充分描述整个样品的平均值，而是可以真正真正地详细了解哪些原子结构表现出哪些作用。这也将有可能专门改进用于制备催化剂所需的重要催化剂。在能源和环境技术方面有许多应用。”