Ученые разработали девайс для наблюдения за электрохимическими процессами на атомном уровне

Исследователи из Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли создали девайс, позволяющее замораживать химические реакции и визуализировать их на атомном уровне. Девайс под названием Полимерная Жидкостная Ячейка (PLC) уже использовался для изучения свойств медного катализатора, способного превращать углекислый газ в топливо.

В последние годы особое внимание уделяется катализаторам, которые могут помочь в производстве более чистых энергетических продуктов. Один из таких катализаторов, сделанный из меди, способен превращать углекислый газ в топливо и важные промышленные химикаты.

Для улучшения эффективности преобразования продуктов и разработки долговечных систем ученым необходимо лучше понимать роль катализатора в реакции. Здесь PLC оказался крайне полезным. Исследователи из лаборатории Беркли под руководством профессора Хаймэи Чжэн построили небольшую закрытую камеру, которая может содержать все компоненты электрохимической реакции. Они соединили камеру с трансмиссионным электронным микроскопом (TEM) для захвата изображений реакции на атомном уровне.

Жидкостная ячейка позволяет нам видеть, что происходит на интерфейсе твердого и жидкого вещества во время реакций в реальном времени, что представляет собой очень сложное явление. Мы можем видеть, как атомы поверхности катализатора перемещаются и трансформируются в различные временные структуры при взаимодействии с жидким электролитом во время электрокаталитических реакций.

Используя TEM, команда визуализировала выход медных атомов из металлической фазы и их реакцию с атомами углерода, водорода и кислорода в электролите. Вместе с углекислым газом катализатор образовал аморфное состояние, которое не было ни твердым, ни жидким, но существовало только до тех пор, пока не прекращался ток. Как только ток прекращался, медь возвращалась в твердое состояние.

Сейчас исследователи стремятся использовать девайс для изучения других электрохимических реакций и решения проблем, с которыми сталкиваются литиевые и цинковые батареи.