Впервые ученым удалось наблюдать в реальном времени, как молекулы катализатора участвуют в реакции на границе жидкости и твердого тела. Была получена уникальная информация о том, как определенные реакции протекают на молекулярном уровне. Эти сведения могут оказать сильное влияние на разработку новых катализаторов.
Johannes Elemans с коллегами (Radboud University Nijmegen, Netherlands) использовали сканирующую туннельную микроскопию (СТМ) для наблюдения за молекулами порфирина, катализирующими окисление алкена до эпоксида.
СТМ сканирует поверхность сверхтонкой иглой. Если приложить напряжение между иглой и поверхностью, электроны могут туннелировать, причем, туннельный ток будет пропорционален расстоянию между иглой и поверхностью. Так можно разглядеть особенности поверхности на молекулярном уровне.
Elemans осаждал на золотую поверхность слой молекул порфирина, в центрах которых были заключены атомы марганца. В присутствии молекулярного кислорода свойства пар молекул порфирина изменялись – на СТМ-изображении появлялись яркие точки, свидетельствующие о том, что каждая молекула порфирина присоединила атом кислорода.
При добавлении алкена порфирин передает ему атом кислорода, что приводит к образованию эпоксида, а порфирин может принять участие в следующем каталитическом цикле.
Исследователи считают, что при связывании порфиринового комплекса на поверхности золота марганец, расположенный в центре, восстанавливается и может способствовать расщеплению молекулы кислорода на атомы.
Реакция была зафиксирована учеными при помощи СТМ. Процесс записи лимитируется скоростью работы сканирующего туннельного микроскопа, поэтому далеко не все каталитические реакции могут быть столь просто визуализированы. Однако восхищает сам факт, что такое возможно в обычных лабораторных условиях.
Работа "Real-time single-molecule imaging of oxidation catalysis at a liquid–solid interface" была опубликована в Nature Nanotechnology.
