A microscopia revela como etapas de átomos elevados impedem a oxidação de superfícies metálicas

Degraus com a altura de átomos em superfícies metálicas podem impedir significativamente a oxidação dessas superfícies, de acordo com um novo estudo realizado por pesquisadores da Universidade da Califórnia, Berkeley, e do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley.

As descobertas, publicadas na revista Nature Materials, podem ter implicações para uma variedade de aplicações, como o desenvolvimento de materiais mais duráveis ​​e o design de catalisadores mais eficientes.

"Descobrimos que degraus com a altura de átomos em superfícies metálicas podem atuar como barreiras à difusão de oxigênio, o que pode retardar significativamente o processo de oxidação, "disse o autor principal do estudo, Dr. Xiaochen Wang, pesquisador de pós-doutorado no Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais da Universidade da Califórnia em Berkeley.

Os pesquisadores usaram uma combinação de técnicas experimentais, incluindo microscopia de varredura por tunelamento e espectroscopia de fotoelétrons de raios X, para estudar a oxidação de superfícies metálicas com e sem etapas de átomos altos. Eles descobriram que a presença de etapas com átomos elevados reduziu significativamente a taxa de oxidação e que esse efeito foi mais pronunciado para etapas menores.

"Esta é a primeira vez que conseguimos observar e quantificar diretamente o efeito de etapas de átomos elevados na oxidação da superfície metálica", disse Wang. “Nossas descobertas podem nos ajudar a projetar materiais mais resistentes à oxidação, que poderiam ter uma ampla gama de aplicações”.

Os pesquisadores acreditam que os degraus da altura dos átomos atuam como barreiras à difusão do oxigênio porque perturbam o arranjo regular dos átomos na superfície do metal. Essa ruptura torna mais difícil para as moléculas de oxigênio alcançarem os átomos metálicos e reagirem com eles.

"Nossas descobertas sugerem que pode ser possível melhorar a durabilidade das superfícies metálicas criando degraus com a altura de um átomo na superfície", disse Wang. "Isso poderia ser feito por uma variedade de métodos, como polimento mecânico ou ataque químico."

Os pesquisadores também acreditam que suas descobertas poderiam ser usadas para projetar catalisadores mais eficientes. Catalisadores são materiais que aceleram reações químicas sem serem consumidos na reação. Ao criar etapas de átomos elevados na superfície de um catalisador, pode ser possível aumentar a taxa da reação.

“Estamos entusiasmados com as aplicações potenciais das nossas descobertas”, disse Wang. “Acreditamos que nosso trabalho poderá levar ao desenvolvimento de novos materiais e catalisadores com melhor desempenho”.