De nombreux procédés techniques, y compris la production chimique, l'épuration des gaz d'échappement et le stockage chimique de l'énergie solaire ne seraient pas possibles sans catalyseurs. Dans l'industrie chimique, la grande majorité des produits fabriqués entre en contact avec au moins un catalyseur hétérogène. De tels catalyseurs sont des substances solides sur les surfaces desquelles les substances gazeuses s'adsorbent et réagissent. Le catalyseur permet ou accélère leur réaction pour produire le produit sans se modifier. Dans ce processus, il y a encore beaucoup de questions sans réponse, comme l'endroit où sur le catalyseur le processus a réellement lieu. Des chimistes autour du professeur Joost Wintterlin du département de chimie du LMU montrent que les marches à la surface du catalyseur jouent un rôle crucial. Ils rendent compte de leurs résultats dans le journal Catalyse naturelle .

Dans de nombreuses réactions catalysées de manière hétérogène, il existe des preuves indirectes que toute la surface du catalyseur n'est pas active, mais uniquement dans les zones présentant des défauts, tels que les coins et les bords des particules de catalyseur, et non les surfaces lisses entre les deux. "Toutefois, il n'a pas encore été possible de montrer directement si ces zones sont réellement les centres actifs, car il est très difficile d'analyser les processus chimiques en surface dans des conditions réactionnelles, c'est à dire., à des pressions de gaz de plusieurs bars et à des températures élevées, " dit Wintterlin.

Wintterlin et son équipe travaillent depuis un certain temps sur le développement d'un microscope à effet tunnel spécial avec lequel les réactions catalytiques sur les surfaces peuvent être examinées dans des conditions proches de celles appliquées dans l'industrie. Au lieu des particules de catalyseur, qui ne mesurent souvent que quelques nanomètres, les scientifiques utilisent des cristaux de plusieurs millimètres. Dans l'ouvrage maintenant publié, les scientifiques ont également déterminé la formation des produits de la réaction catalytique sur le même échantillon dans les mêmes conditions. "C'est le seul moyen de détecter des corrélations entre les éléments structuraux de la surface montrés au microscope et l'activité catalytique, " dit Wintterlin. " Cette combinaison rend l'expérience particulièrement difficile. " Un chromatographe en phase gazeuse spécialement développé, avec lesquelles des concentrations de produit extrêmement faibles peuvent être détectées, conduit enfin au succès.

A titre d'exemple pour leur analyse, les scientifiques ont choisi la synthèse Fischer-Tropsch, un procédé à grande échelle dans lequel des hydrocarbures liquides tels que le diesel synthétique sont produits à partir de gaz de synthèse sur un catalyseur au cobalt. Pour ce système, les scientifiques ont pu montrer que l'activité catalytique de l'échantillon augmentait d'autant plus qu'il y avait d'étapes atomiques à la surface du cristal de cobalt utilisé comme catalyseur. Les étapes sont causées par le fait que les couches atomiques du cristal à la surface sont incomplètes. Au point où une couche se termine, une étape vers la couche suivante est créée. De telles étapes existent également sur les surfaces des petites particules de cobalt du catalyseur industriel, et son activité a pu être prédite quantitativement avec les données du catalyseur modèle. "C'est la première preuve directe que ces étapes atomiques sont les centres actifs du catalyseur, " dit Wintterlin. Les scientifiques espèrent que ces résultats pourraient contribuer au développement de catalyseurs plus efficaces.