Sebuah tim dari University of Minnesota dan University of Houston telah mengukur secara langsung bagian elektron kecil dalam proses katalitik, memecahkan teka-teki berusia seabad. Teknik baru mereka, yang disebut Isopotential Electron Titration (IET), mengungkapkan bagaimana molekul berinteraksi dengan logam mulia seperti emas, perak, dan platinum. Temuan tersebut, yang diterbitkan di ACS Central Science, dapat mempercepat pengembangan katalis efisien untuk energi dan manufaktur.
Katalis sangat vital dalam industri seperti farmasi, baterai, dan penyulingan minyak, di mana mereka menurunkan kebutuhan energi untuk reaksi kimia guna meningkatkan kecepatan dan efisiensi. Selama lebih dari 100 tahun, para ilmuwan tahu bahwa molekul menukar porsi elektron kecil dengan permukaan logam selama katalisis, tetapi pengukuran langsung fraksi ini tetap sulit dicapai.
Terobosan ini datang dari peneliti di College of Science and Engineering University of Minnesota Twin Cities dan Cullen College of Engineering University of Houston. Menggunakan IET, mereka mengukur pembagian elektron di permukaan katalitik di bawah kondisi relevan. Metode ini memberikan data presisi tentang ikatan, tidak seperti pendekatan tidak langsung sebelumnya dalam pengaturan ideal.
"Mengukur fraksi elektron pada skala sangat kecil ini memberikan pandangan paling jelas tentang perilaku molekul pada katalis," kata Justin Hopkins, mahasiswa Ph.D. teknik kimia University of Minnesota dan penulis utama. Logam mulia unggul karena memungkinkan transfer elektron optimal, memungkinkan molekul berikatan dan bereaksi secara efektif.
Misalnya, atom hidrogen pada platinum hanya berbagi 0,2% elektron, jumlah kecil yang memfasilitasi reaksi industri. "IET memungkinkan kami mengukur fraksi elektron yang dibagikan dengan permukaan katalis pada tingkat kurang dari satu persen, seperti kasus atom hidrogen pada platinum," jelas Omar Abdelrahman, penulis koresponden dan profesor associate di William A. Brookshire Department of Chemical and Biomolecular Engineering University of Houston.
Pekerjaan ini berasal dari Center for Programmable Energy Catalysis, yang diluncurkan pada 2022 sebagai bagian dari Energy Frontier Research Centers Departemen Energi AS. Pusat ini fokus pada katalis dinamis canggih untuk material, kimia, dan bahan bakar. "Dasar untuk teknologi katalitik baru bagi industri selalu merupakan penelitian dasar fundamental," catat Paul Dauenhauer, direktur pusat dan profesor terhormat di University of Minnesota. "Penemuan baru ini tentang distribusi elektron fraksional membangun dasar ilmiah baru sepenuhnya untuk memahami katalis yang kami yakini akan mendorong teknologi energi baru selama beberapa dekade mendatang."
IET melengkapi nanoteknologi dan pembelajaran mesin dalam desain katalis, memungkinkan identifikasi lebih cepat material yang menjanjikan.