Схематическое изображение реакции твердое тело-жидкость-газ в жидкостной ячейке. Природные материалы (2022). DOI: 10.1038/s41563-022-01261-х

Реакции твердое тело-жидкость-газ распространены в различных природных явлениях и промышленных применениях, таких как реакции водородно-кислородных топливных элементов, гетерогенный катализ и коррозия металлов в окружающей среде. Однако транспорт газа в жидкости и последующие реакции на трехфазных границах изучены недостаточно.

Совместная исследовательская группа под руководством профессора Чена Джиге из Шанхайского института перспективных исследований (SARI) Китайской академии наук сообщила о наблюдении в режиме реального времени за ускоренным травлением золотых наностержней твердое тело-жидкость-газ путем введения газовых нанопузырьков. Они обнаружили, что основной микроскопический механизм зависит от толщины слоя жидкости.

Результаты были опубликованы в Nature Materials.

Просвечивающая электронная микроскопия с жидкостными ячейками (ПЭМ) позволяет в режиме реального времени наблюдать за ускоренным травлением золотых наностержней кислородными нанопузырьками в водной бромистоводородной кислоте.

Исследователи обнаружили, что, когда кислородный нанопузырек находился близко к наностержню ниже критического расстояния (~ 1 нм), локальная скорость травления значительно увеличивалась более чем на порядок.

Результаты моделирования молекулярной динамики показали, что сильное притягивающее ван-дер-ваальсово взаимодействие между золотым наностержнем и молекулами кислорода регулирует перенос кислорода через тонкий слой жидкости и, таким образом, приводит к увеличению скорости травления.

Это исследование проливает свет на рациональный дизайн реакций твердое тело-жидкость-газ для повышения активности и предлагает многообещающий подход к изменению скорости реакции твердое-жидкость-газ.