Forskere tager de første snapshot af kemiske reaktioner

»Vi har hidtil måtte nøjes med et før- og et efter-billede af kemiske processer. Nu kan vi følge de kemiske processer, mens de sker på en molekylær tidsskala«, siger en begejstret institutdirektør, Jane Hvolbæk Nielsen fra DTU Fysik, i anledning af et nyt forskningsresultat, som en international forskergruppe netop har offentliggjort i det videnskabelige tidsskrift Science.

Forskerne har benyttet verdens kraftigste røntgenstrålingslaser, Linac Coherent Light Source (LCLS), ved SLAC National Accelerator Laboratory i Californien til at se, hvordan CO-molekyler frigives fra en overflade af ruthenium.

Hermed har de konstateret, at molekylet ikke bare flyver bort, men i et kort øjeblik findes i en såkaldt precursor-tilstand, hvor det er svagt bundet til overfladen.

»Man har længe diskuteret om denne precursor-tilstand fandtes eller ej. Nu kender vi svaret,« siger Jane Hvolbæk Nielsen.

Forskningsprojektet har haft deltagelse af bl.a. Andreas Møgelhøj fra DTU Fysik og den tidligere DTU-professor Jens Kehlet Nørskov, der i dag er leder af Suncat Center for Interface Science and Catalysis ved SLAC.

Suncats vicedirektør Anders Nilsson er hovedforfatter til den videnskabelige artikel. Han er overmåde tilfreds.

'Det er kemikeres drøm at kunne studere en sådan reaktion i realtid. Vi tager nu et spring ind i det ukendte', udtaler han i en pressemeddelelse fra SLAC.

Selv om den kortlivede precursor-tilstand blev teoretisk forudsagt for mere end 50 år siden, var det alligevel en overraskelse for Anders Nilsson, at det lykkedes at observere den.

'Vi havde slet ikke ventet at se denne tilstand,' udtaler han.

Han henviser til, at ikke alene lykkedes det at iagttage tilstanden, men en meget stor del af molekylerne (omkring 30 pct.) var desuden fanget i denne tilstand og i meget længere tid, end det var forudsagt.

Det rejser nye spørgsmål om, hvordan reaktionerne foregår på atomart niveau. Det er relevant for forskning i katalysatorer til fremstilling af syntetisk brændstof og brug af alternative energikilder med henblik på at reducere forureningen.

Laser slår molekylerne løs

Ruthenium er et grundstof, der ofte anvendes i katalytiske processer med carbonmonooxid (CO).

Ved at belyse ruthenium-overfladen med en kort laserpuls (50 femtosekunder, 400 nanometer) har forskerne fået CO-molekylerne til at rive sig løs fra overfladen.

Forskerne benyttede så røntgenstrålingslaseren med en pulsvarighed af 100 femtosekunder til at tage snapshot af processen efter 12 picosekunder. Derved har de kunnet se, at en stor del af molekylerne var fanget i en gasagtig tilstand, hvor de stadig vekselvirkede med ruthenium-overfladen.

'Det har kun været muligt med kraftige røntgenlasere med meget korte tidspulser som LCLS,' bemærker Jens Kehlet Nørskov i pressemeddelelsen fra SLAC.

Forskerne planlægger nu at studere mere komplekse reaktioner, der involverer andre materialer.

Jane Hvolbæk Nielsen fremhæver også, at forskningsresultatet er vigtigt i sig selv, men mindst lige så vigtigt er det, at det åbner for et helt nyt indblik i de katalytiske processer.

Forskningen skal fortsætte i Hamborg

I Hamborg er man for tiden ved at bygge en endnu mere avanceret røntgenstrålingslaser, XFEL, som forventes at stå færdig i 2016.

Danske forskere spiller, som tidligere omtalt på ing.dk, en aktiv rolle både i ledelsen af XFEL og ved design og produktion af udstyr til laseren.

Det sker i et samarbejde mellem DTU Fysik og firmaet JJ X-Ray.

sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først
Bidrag med din viden – log ind og deltag i debatten