Suko Waspodo
Katalis: Teka-teki Platinum
Info Terkini | 2022-04-29 14:55:21
Platinum adalah katalis penting. Tetapi sampai sekarang, tidak ada yang mengetahui bagaimana tepatnya atom platinum berperilaku selama katalisis.
Apa yang terjadi jika seekor kucing memanjat bunga matahari? Bunga matahari tidak stabil, akan cepat menekuk, dan kucing akan jatuh ke tanah. Namun, jika kucing hanya membutuhkan dorongan cepat untuk menangkap burung dari sana, maka bunga matahari dapat bertindak sebagai "langkah perantara metastabil". Ini pada dasarnya adalah mekanisme di mana atom individu dari katalis menangkap molekul untuk mengubahnya secara kimia.
Beberapa tahun yang lalu, kelompok fisika permukaan Universitas Teknologi Wina menemukan bahwa katalis platinum "atom tunggal" dapat mengoksidasi karbon monoksida pada suhu yang, menurut model teoretis mereka, seharusnya tidak mungkin terjadi. Sekarang, dengan bantuan gambar mikroskop skala atom dan simulasi komputer yang kompleks, mereka telah mampu menunjukkan bahwa baik katalis itu sendiri dan bahan yang ditambatkannya mengasumsikan keadaan "metastabil" yang tidak menguntungkan secara energi untuk waktu yang singkat untuk memungkinkan reaksi. terjadi dengan cara yang khusus. Hasilnya telah dipublikasikan di jurnal Science Advances.
Atom Tunggal sebagai Katalis
Kelompok penelitian Prof. Gareth Parkinson di Institut Fisika Terapan di TU Wien sedang menyelidiki katalis sekecil mungkin: Atom-atom platina individu ditempatkan pada permukaan oksida besi. Mereka kemudian bersentuhan dengan gas karbon monoksida dan berubah menjadi karbon dioksida, seperti yang terjadi pada knalpot mobil modern.
"Proses ini secara teknis sangat penting, tetapi apa yang sebenarnya terjadi ketika ukuran katalis diperkecil hingga batas atom tunggal belum jelas sampai sekarang," kata Gareth Parkinson. "Dalam kelompok penelitian kami, kami mempelajari proses seperti itu dalam beberapa cara: di satu sisi, kami menggunakan mikroskop tunneling pemindaian untuk menghasilkan gambar beresolusi sangat tinggi di mana Anda dapat mempelajari pergerakan atom individu. Dan di sisi lain , kami menganalisis proses reaksi dengan spektroskopi dan simulasi komputer."
Apakah atom platinum aktif sebagai katalis tergantung pada suhu. Dalam percobaan, katalis dipanaskan secara perlahan dan merata hingga mencapai suhu kritis, dan karbon monoksida diubah menjadi karbon dioksida. Ambang batas itu adalah sekitar 550 Kelvin. "Namun, ini tidak sesuai dengan simulasi komputer asli kami," kata Matthias Meier, penulis pertama publikasi saat ini. "Menurut teori fungsi kepadatan, yang biasanya digunakan untuk perhitungan seperti itu, prosesnya hanya bisa berlangsung pada 800 Kelvin. Jadi kami tahu: Sesuatu yang penting telah diabaikan di sini sampai sekarang."
Keadaan Metastabil: berumur pendek, tetapi penting
Selama beberapa tahun, tim mengumpulkan pengalaman yang luas dengan bahan yang sama dalam reaksi lain, dan sebagai hasilnya, gambaran baru muncul selangkah demi selangkah. "Dengan teori fungsi kerapatan, Anda biasanya menghitung keadaan sistem yang memiliki energi paling rendah," kata Matthias Meier. "Itu masuk akal, karena itulah keadaan yang paling sering diasumsikan oleh sistem. Tetapi dalam kasus kami, ada keadaan kedua yang memainkan peran sentral: Apa yang disebut keadaan metastabil."
Baik atom platinum dan permukaan oksida besi dapat beralih antara keadaan fisik kuantum yang berbeda. Keadaan dasar, dengan energi terendah, stabil. Ketika sistem berubah ke status metastabil, sistem itu pasti kembali ke kondisi dasar setelah beberapa saat -- seperti kucing yang mencoba mencapai puncak dengan tiang panjat yang tidak stabil. Tetapi dalam konversi katalitik karbon monoksida, cukup bagi sistem untuk berada dalam keadaan metastabil untuk waktu yang sangat singkat: Sesaat dalam keadaan mendaki yang goyah mungkin cukup bagi kucing untuk menangkap seekor burung dengan cakarnya, katalis dapat mengubah karbon monoksida dalam keadaan metastabil.
Ketika karbon monoksida pertama kali diperkenalkan, dua atom platinum menempel bersama untuk membuat dimer. Ketika suhu cukup tinggi, dimer dapat berpindah ke posisi yang kurang menguntungkan di mana atom oksigen permukaan terikat kurang lemah. Dalam keadaan metastabil, oksida besi mengubah struktur atomnya tepat pada titik ini, melepaskan atom oksigen yang dibutuhkan oksida karbon untuk membentuk karbon dioksida, yang langsung terbang menjauh -- menyelesaikan proses katalisis. "Jika kami memasukkan keadaan jangka pendek yang sebelumnya tidak terhitung ini dalam simulasi komputer kami, kami mendapatkan hasil yang persis sama yang juga diukur dalam percobaan," kata Matthias Meier.
"Hasil penelitian kami menunjukkan bahwa dalam fisika permukaan Anda sering membutuhkan banyak pengalaman," kata Gareth Parkinson. "Jika kami tidak mempelajari proses kimia yang sangat berbeda selama bertahun-tahun, kami mungkin tidak akan pernah bisa memecahkan teka-teki ini." Baru-baru ini, kecerdasan buatan juga telah digunakan dengan sukses besar untuk menganalisis proses kimia kuantum -- tetapi dalam kasus ini, Parkinson yakin, itu mungkin tidak akan berhasil. Untuk menghasilkan solusi kreatif di luar apa yang sebelumnya dianggap mungkin, Anda mungkin membutuhkan manusia.
(Materials provided by Vienna University of Technology)
***
Solo, Jumat, 29 April 2022. 2:50 pm
'salam hangat penuh cinta'
Suko Waspodo
Disclaimer
Retizen adalah Blog Republika Netizen untuk menyampaikan gagasan, informasi, dan pemikiran terkait berbagai hal. Semua pengisi Blog Retizen atau Retizener bertanggung jawab penuh atas isi, foto, gambar, video, dan grafik yang dibuat dan dipublished di Blog Retizen. Retizener dalam menulis konten harus memenuhi kaidah dan hukum yang berlaku (UU Pers, UU ITE, dan KUHP). Konten yang ditulis juga harus memenuhi prinsip Jurnalistik meliputi faktual, valid, verifikasi, cek dan ricek serta kredibel.
