Các nhóm hydroxyl (-OH) có thể biểu hiện tính axit hoặc tính kiềm trên bề mặt oxit kim loại dưới dạng nhận hoặc cung cấp proton. Bằng cách điều chỉnh số lượng và sự phân bố của các nhóm hydroxyl, có thể đạt được sự kiểm soát chính xác độ axit và độ kiềm bề mặt, từ đó ảnh hưởng đến con đường kích hoạt và tính chọn lọc của các phản ứng xúc tác.
Trên các vị trí kim loại chưa bão hòa của oxit kim loại hoặc oxit bán dẫn (như Ti4+, Fe3+), các phân tử nước đầu tiên hấp phụ ở dạng phân tử, sau đó là sự phân tách liên kết O-H, tạo ra các nhóm hydroxyl cầu hoặc cuối (M-OH) và các nguyên tử hydro bề mặt. Động lực nhiệt động của quá trình này đến từ tính axit Lewis mạnh của các ion kim loại, khiến các phân tử nước dễ phân ly. Cả thí nghiệm và tính toán DFT đều chỉ ra rằng các bề mặt được bao phủ bởi lượng oxy thấp có xu hướng phân ly và hấp phụ, trong khi các bề mặt được bao phủ bởi lượng oxy cao có xu hướng hấp thụ các phân tử.
Kỹ thuật hydroxyl bề mặt đề cập đến sự điều chỉnh có chủ đích về số lượng, sự phân bố và hoạt động hóa học của các nhóm hydroxyl (-OH) trên bề mặt vật liệu thông qua các phương tiện vật lý, hóa học hoặc plasmonic, để đạt được sự điều chỉnh chính xác các đặc tính bề mặt. Nhóm hydroxyl là nhóm chức phân cực phổ biến nhất có thể hình thành liên kết hydro, liên kết phối trí hoặc liên kết cộng hóa trị với nước, ion kim loại, chuỗi polymer hoặc phân tử sinh học, làm thay đổi đáng kể tính ưa nước, năng lượng bề mặt, hoạt động hấp phụ/xúc tác và khả năng tương thích sinh học của vật liệu.
Là một nhà nghiên cứu với hơn hai thập kỷ kinh nghiệm trong lĩnh vực khoa học vật liệu, tôi đã tận mắt chứng kiến những thách thức đi kèm với việc tổng hợp các huyền phù hạt nano oxit kim loại chất lượng cao, nhất quán. Cuộc đấu tranh là có thật—sự kết tụ, nơi những hạt nhỏ bé, mạnh mẽ đó dính lại với nhau, có thể phá hủy chính những đặc tính mà chúng ta đã nỗ lực rất nhiều để đạt được.
Quang phổ hồng ngoại: Nó xem xét lượng ánh sáng đã được tiêu thụ. Khi một phân tử hấp thụ ánh sáng có bước sóng cụ thể, chúng ta biết bên trong nó có những nhóm chức năng nào. Quang phổ Raman: Nó xem xét lượng ánh sáng bị lệch. Một chùm tia laser được sử dụng để phân tích mức độ thay đổi của ánh sáng phản xạ lại nhằm xác định cấu trúc phân tử.
Các kỹ thuật mô tả đặc tính cơ bản của chất xúc tác là công cụ mạnh mẽ để hiểu sâu hơn về các tính chất vật lý, hóa học và cấu trúc của chúng. Thông qua ứng dụng toàn diện, cơ chế phản ứng xúc tác có thể được khám phá, cung cấp cơ sở lý thuyết cho việc thiết kế và phát triển các chất xúc tác hiệu suất cao. Với sự tiến bộ của công nghệ, công nghệ này tiếp tục đổi mới và phát triển theo hướng có độ phân giải cao hơn, định lượng chính xác hơn và mô phỏng tốt hơn các điều kiện phản ứng thực tế.
