Chemiker stellen fest, dass Metallatome eine Schlüsselrolle in der feinen organischen Synthese spielen

Ein kleines Team von Chemikern der Russischen Akademie der Wissenschaften hat herausgefunden, dass Metallatome und nicht Nanopartikel die Schlüsselrolle in Katalysatoren spielen, die in der feinen organischen Synthese verwendet werden. In der Studie, in der berichtet Zeitschrift der American Chemical Societyverwendete die Gruppe mehrere Arten der Elektronenmikroskopie, um einen Bereich eines Katalysators während einer Reaktion zu verfolgen und mehr über den Ablauf zu erfahren.

Frühere Forschungen haben gezeigt, dass es zwei Hauptmethoden gibt, um eine Reaktion zu untersuchen. Die erste ist die grundlegendste: Wenn Zutaten hinzugefügt werden, wird die Reaktion einfach beobachtet und/oder gemessen. Dies kann durch den Einsatz von Hochgeschwindigkeitskameras erleichtert werden. Dieser Ansatz funktioniert natürlich nicht mit Reaktionen im Nanomaßstab. In solchen Fällen wenden Chemiker eine zweite Methode an: Sie versuchen, den Zustand aller Komponenten vor und nach der Reaktion zu erfassen und sie dann zu vergleichen, um mehr darüber zu erfahren, was passiert ist.

Dieser zweite Ansatz lässt jedoch zu wünschen übrig, da es keine Möglichkeit gibt, zu beweisen, dass die untersuchten Objekte miteinander korrespondieren. In den letzten Jahren haben Chemiker an einem neuen Ansatz gearbeitet: Die Wirkung eines einzelnen Teilchens während der Reaktion zu verfolgen. Diese neue Methode hat sich bewährt, hat aber auch Einschränkungen – sie kann auch nicht für Reaktionen verwendet werden, die in der Nanowelt stattfinden. Bei dieser neuen Anstrengung verwendeten die Forscher mehrere Arten der Elektronenmikroskopie in Verbindung mit maschinellen Lernalgorithmen.

Um ihre Ideen zu testen, verwendeten die Forscher ein Kohlenstoffsubstrat mit eingebetteten Palladium-Nanopartikeln als Katalysator. Indem sie Reaktionen unter Verwendung eines solchen Katalysators mit verschiedenen Arten von Elektronenmikroskopen untersuchten und dann den maschinellen Lernalgorithmus mit den Ergebnissen trainierten, waren sie in der Lage, einen Bereich des Katalysators zu verfolgen, während er sich durch eine Reaktion bewegte. Sie konnten erkennen, dass neben den Nanopartikeln auch einzelne Metallatome sowie Cluster an der Reaktion beteiligt waren. Weitere Studien zeigten, dass etwa 99 % der katalytischen Aktivität auf die Palladiumatome und nicht auf die Nanopartikel zurückzuführen waren, obwohl sie nur 1 % der Palladiummasse ausmachten.

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