Новости химической науки > Рентгеновский лазер поймал неуловимый прекурсор десорбции

Исследователям впервые удалось осуществить непосредственное наблюдение неуловимого переходного состояния молекулы, реализующегося непосредственно перед тем, как молекула отрывается от твердой поверхности и переходит в газовую фазу.

Результаты работы дают возможность осуществлять наблюдение за образованием и разрывом взаимодействий между частицами и поверхности непосредственно в режиме реального времени, что в перспективе позволит более глубоко изучить процессы, протекающие в каталитических реакциях, протекающих с участием гетерогенных катализаторов.

Возможность существования такого переходного состояния на теоретическом уровне допускалась исследователями уже около века – образование интермедиатов такого типа было предсказано еще Ирвингом Лэнгмюром (Irving Langmuir), лауреатом Нобелевской премии по химии 1932 года. Тем не менее, регистрацию такого интермедиата до сих пор не удавалось осуществить.

Ирвинг Лэнгмюр предположил существование переходного состояния адсорбции/десорбции более 80 лет назад. (Рисунок: © Science Photo Library)

Группа из 24 исследователей, включающая экспериментаторов, теоретиков и специалистов по компьютерному моделированию, руководителем которой являлся Андерс Нильссон (Anders Nilsson) добилась успеха в обнаружении переходного состояния, реализующегося в ходе отрыва моноксида углерода от поверхности рутения.

Исследователи адсорбировали CO на поверхность из рутения, после чего облучали эту поверхность фемтосекундными импульсами оптического лазера, это облучение вызывало локальный нагрев поверхности и десорбцию CO. При протекании процесса десорбции на нагретую поверхность, с которой происходила десорбция, СО направляли луч рентгеновского лазера. Импульс позволяет определить распределение электронной плотности десорбирующейся молекулы CO. При этом исследователям удалось получить информацию об существовании трех конфигураций СО, которые относятся соответственно к адсорбированной молекуле моноксида углерода, десорбировавшемуся СО и переходному состоянию.

Исследователи отмечают, что в переходном состоянии молекула остается непрочно связанной с поверхностью, однако, несмотря на слабо взаимодействие, связь между СО и адсорбентом сохраняется, такое переходное состояние существует на удивление долго – в течение десяти пикосекунд.

Результаты нового исследования не только позволили увидеть то, о чем физики и химики давно предполагали – новая методология в перспективе позволит следить за самыми различными гетерогенными реакциями, протекающими с участием или без участия катализаторов – это поможет уточнить механизм быстрых процессов на поверхности и, возможно, оптимизировать условия их протекания.

Источник: Science, 2013, 339, 1302 (DOI: 10.1126/science.1231711)

метки статьи: #аналитическая химия, #физическая химия, #химия поверхности