Snabbare metod banar väg för design på atomnivå
Med hjälp av en ny röntgenmetod kan man utveckla effektivare katalysatorer, exempelvis i bilar. Röntgenmetoden öppnar nya möjligheter att jobba på atomnivå bland flera områden inom materialvetenskapen. Forskare från bland annat Lunds universitet står bakom den nya metoden.
Den nya röntgenmetoden används för att bestämma atomstrukturen hos olika materials ytskikt. Målet med den aktuella forskningen är att på atomnivå förstå hur katalysatorer fungerar, exempelvis katalysatorer som används för avgasrening i bilar men även andra industriella katalysatorer.
– Idag sker nästan all katalysatorutveckling genom ”trial-and-error”, men för att i framtiden kunna utveckla bättre katalysatorer behövs en djupare förståelse på atomnivå, säger Johan Gustafson, forskare på fysiska institutionen vid Lunds universitet.
En katalysator fungerar genom att de molekyler som man vill ska reagera först fastnar på en katalytiskt aktiv yta. Ytan påverkar då molekylerna så att den önskade reaktionen går snabbare. Olika materials ytor binder och påverkar molekyler på varierande sätt. Med hjälp av den nya röntgenmetoden kan man få markant bättre inblick i vad som händer på dessa ytor och i deras så kallade aktiva säten, det vill säga de ställen där molekyler fäster och reagerar.
Med sådan kunskap kan man optimera materialet i en katalysator så att önskade reaktioner påskyndas medan andra reaktioner saktas ner. Den nya röntgenmetoden ger inte bara en ögonblicksbild av situationen på en yta utan kan användas för att följa förändringar under tiden som ytan utsätts för olika behandlingar.
– Det kan handla om en katalytisk reaktion som sker på ytan, som i vårt fall. Men man kan också följa hur nanostrukturer växer eller hur metaller oxideras, i samband med korrosion, som skydd mot korrosion eller för att på något annat sätt förändra ytans egenskaper, säger Johan Gustafson.
Den nya röntgenmetoden har forskarna utvecklat genom att använda röntgenstrålning med cirka fem gånger högre energi än normalt. Detta medför att en större mängd data kan mätas samtidigt, vilket i sin tur gör att tiden det tar att utföra en fullständig ytstrukturbestämning minskar drastiskt från den traditionella metodens tio timmar till den nya metodens cirka tio minuter.
Den vetenskapliga tidskriften Science uppmärksammar nu den nya röntgenmetoden, som Johan Gustafson har tagit fram tillsammans med kollegor från Lunds universitet och Chalmers tekniska högskola i Göteborg samt forskningscentrumet DESY i Tyskland och Hamburgs universitet.
