Mit der steigenden Relevanz von Wasserstoff im globalen Energiesektor ist es wichtig, dass seine Produktion optimiert wird. Die Water-Gas-Shift-Reaktion (WGS), welche Wasserdampf und CO in H2 und CO2 umwandelt, ist ein essentieller Schritt in der Dampfreformierung, eines der häufigsten Wasserstoffproduktionsprozesse. WGS erfordert einen Katalysator, welcher in unterschiedlichen Formen vorliegen kann. Metallische Nanopartikel sind dabei besonders von Interesse, da ihr hohes Verhältnis von Oberfläche zu Volumen zu hoher Aktivität bei kleinen Mengen führt. Im Nanometerbereich führen kleine Änderungen der Größe oder der Oberflächenkonstruktion zu drastischen Schwankungen der katalytischen Eigenschaften. Ionenstrahlen sind ein oberflächensensitiver Weg Proben zu modifizieren, durch das Prinzip des Sputterns. Das Umformen von kugelförmigen 10 nm Au-, Cu-, und AuCu-Partikeln durch Ionenstrahlung wurde mit Hilfe des Codes SDTrimSP-3D, welcher auf der Binary Collision Näherung beruht, simuliert. Fluenzen zwischen 0. 5 und 1. 0 Ionen/Ų führen dazu, dass die obere Hälfte der Kugel kegelartig abgeschrägt wird, während bei Bestrahlug mit 2. 0Ionen/Ų das Partikel fast vollständig erodiert wird. SDTrimSP-3D simuliert auch Durchmischung der Elemente, wobei bei der Bestrahlung von AuCu-Partikeln Au sich an der Oberfläche anreichert. Die Erosion von 10 nm AuCu-Partikeln wurde experimentell nachgewiesen, indem Nanopartikel durch Drop-Casting auf ein Kohlenstoffsubstrat deponiert und bestrahlt wurden. Atomic force microscopy (AFM) Messungen zeigen, dass mit 7. 6 nm die durchschnittliche Höhe eines ursprünglich 10 nm großen Nanopartikels, bestrahlt mit 0. 5 Ionen/Ų, mit der simulierten Vorhersage übereinstimmt.
Sophie Wrathall (Fri,) studied this question.