Ilustrasi menunjukkan snapshot selama reaksi CO menjadi CO2, seperti yang diperoleh pertama kali di LCLS.
Sebuah studi yang baru diterbitkan merinci proses yang digunakan oleh tim ilmuwan internasional untuk mengamati keadaan transisi dalam reaksi kimia pada permukaan katalis untuk pertama kalinya.
Untuk pertama kalinya, tim ilmuwan internasional mengamati tahap peralihan yang mudah menguap yang muncul ketika karbon monoksida teroksidasi pada permukaan ruthenium yang panas, sebuah katalis biasa. Para ilmuwan, termasuk peneliti dari University of Hamburg dan Biasa disingkat DESY, Deutsches Elektronen-Synchrotron (English German Electron Synchrotron) adalah pusat penelitian nasional di Jerman yang mengoperasikan akselerator partikel yang digunakan untuk menyelidiki struktur materi. Ini adalah anggota Asosiasi Helmholtz dan beroperasi di lokasi di Hamburg dan Zeuthen.
DESY, menggunakan kilatan sinar-X ultra-pendek dari laser sinar-X LCLS di pusat penelitian SLAC di California.Awalnya, pulsa laser optik memanaskan permukaan ruthenium, sehingga mengaktifkan molekul karbon monoksida dan atom oksigen yang diserap.Dengan bantuan spektroskopi serapan sinar-X, tim dapat mendeteksi bagaimana elektronik struktur atom oksigen yang terlibat berubah selama pembentukan molekul karbon dioksida – sebuah proses yang secara teratur terjadi dengan cara yang sama di semua katalis mobil Keadaan transisi yang diamati cocok dengan perhitungan kimia kuantum.
Akan tetapi, yang mengejutkan adalah pengamatan tentang berapa banyak mitra reaksi yang diaktifkan dalam keadaan transisi, dan yang sama mengejutkannya adalah penemuan bahwa hanya sebagian kecil dari mereka yang benar-benar membentuk molekul CO2 yang stabil. “Ini seperti menembakkan kelereng ke atas bukit, dan sebagian besar kelereng yang mencapai puncak hanya menggelinding ke bawah lagi di sisi bukit yang sama,” kata Anders Nilsson, Profesor di SLAC/Stanford SUNCAT Center for Interface Science and Catalysis dan di Stockholm Universitas, yang memimpin proyek penelitian.
Laser elektron bebas memungkinkan resolusi waktu kurang dari 100 femtosekon yang diperlukan untuk pengamatan langsung keadaan transisi tersebut dalam reaksi kimia. Investigasi ini adalah tema penelitian sentral di Hamburg Cluster of Excellence “Center for Ultrafast Imaging” (CUI), dengan University of Hamburg, XFEL Eropa, EMBL, dan DESY sebagai mitra. Kelompok Wilfried Wurth di Center for Free-Electron Laser Science (CFEL) berpartisipasi dalam proyek ini dalam rangka kegiatan CUI mereka. Wilfried Wurth, yang juga kepala ilmiah FLASH, menganggap percobaan di LCLS, yang pada saat yang sama merupakan tolok ukur untuk perhitungan kimia kuantum, menjadi “langkah pertama menuju ‘film molekuler’, yang memungkinkan menonton katalis yang bekerja dalam kondisi realistis.” Menurut Wurth, eksperimen semacam ini, yang tidak hanya mengamati molekul tetapi juga mencakup perubahan dinamis dari permukaan katalis aktif, akan dimungkinkan di masa depan dengan fasilitas laser sinar-X Eropa XFEL Eropa, yang saat ini sedang dibangun di daerah Hamburg.
Publikasi : H. Ostrom, et al., “Probing the transition state region in catalytic COoxidation on Ru,” Science, 2015; DOI: 10.1126/science.1261747
Gambar: Laboratorium Akselerator Nasional SLAC
