Muitos processos técnicos, incluindo produção química, a purificação dos gases de escape e o armazenamento químico da energia solar não seriam possíveis sem catalisadores. Na indústria química, a grande maioria dos produtos produzidos entra em contato com pelo menos um catalisador heterogêneo. Esses catalisadores são substâncias sólidas em cujas superfícies as substâncias gasosas adsorvem e reagem. O catalisador permite ou acelera sua reação para produzir o produto sem se alterar. Nesse processo, ainda existem muitas perguntas sem resposta, por exemplo, onde no catalisador o processo realmente ocorre. Cientistas químicos próximos ao professor Joost Wintterlin, do Departamento de Química da LMU, mostram que as etapas na superfície do catalisador desempenham um papel crucial. Eles relatam seus resultados no jornal Catálise Natural .

Em muitas reações catalisadas heterogeneamente, há evidências indiretas de que nem toda a superfície do catalisador está ativa, mas apenas em áreas com defeitos, como os cantos e bordas das partículas de catalisador, e não as superfícies lisas intermediárias. "Contudo, ainda não foi possível mostrar diretamente se essas áreas são realmente os centros ativos, porque é muito difícil analisar os processos químicos na superfície sob condições de reação, ou seja, a pressões de gás de vários bar e a temperaturas elevadas, "diz Wintterlin.

Wintterlin e sua equipe vêm trabalhando há algum tempo no desenvolvimento de um microscópio especial de tunelamento de varredura, com o qual as reações catalíticas em superfícies podem ser examinadas em condições próximas às aplicadas na indústria. Em vez das partículas de catalisador, que geralmente têm apenas alguns nanômetros de tamanho, os cientistas usam cristais de vários milímetros. No trabalho agora publicado, os cientistas também determinaram a formação dos produtos da reação catalítica na mesma amostra nas mesmas condições. "Esta é a única maneira de detectar correlações entre os elementos estruturais da superfície mostrada ao microscópio e a atividade catalítica, "diz Wintterlin." Esta combinação torna o experimento particularmente difícil. "Um cromatógrafo de gás especialmente desenvolvido, com o qual concentrações de produto extremamente baixas podem ser detectadas, finalmente levou ao sucesso.

Como um exemplo para sua análise, os cientistas escolheram a síntese Fischer-Tropsch, um processo em grande escala no qual hidrocarbonetos líquidos, como o diesel sintético, são produzidos a partir do gás de síntese em um catalisador de cobalto. Para este sistema, os cientistas foram capazes de mostrar que a atividade catalítica da amostra aumentava quanto mais etapas atômicas houvesse na superfície do cristal de cobalto usado como catalisador. As etapas são causadas pelo fato de as camadas atômicas do cristal na superfície estarem incompletas. No ponto onde uma camada termina, uma etapa para a próxima camada é criada. Essas etapas também existem nas superfícies das pequenas partículas de cobalto do catalisador industrial, e sua atividade pode ser prevista quantitativamente com os dados do catalisador modelo. "Esta é a primeira prova direta de que essas etapas atômicas são os centros ativos do catalisador, "diz Wintterlin. Os cientistas esperam que esses resultados possam contribuir para o desenvolvimento de catalisadores mais eficazes.