Bir maddenin asitlik veya alkalinlik derecesi, kimyasal davranışında büyük önem taşıyor. Buradaki belirleyici etmen, proton ilgisi şeklinde adlandırılan ve bir varlığın tek bir protonu ne kadar kolay şekilde kabul ettiğini ya da çıkardığını gösteren olguya dayanıyor. Bu olgunun moleküllerde ölçülmesi kolay olsa da, yüzeylerde ölçüm yapmak mümkün olmamış. Bu durum önemli çünkü yüzeylerdeki atomlar, durdukları yere göre çok farklı proton ilgileri sergiliyor. Şimdiyse Viyana Teknik Üniversitesi’nde çalışan araştırmacılar, bu önemli fiziksel niceliği ilk defa deneysel şekilde erişilebilir hale getirmişler: Özel şekilde düzenlenen bir atomik kuvvet mikroskobunun kullanılmasıyla, tekil atomların proton ilgisini incelemek mümkün. Bu gelişme, katalizörlerin atomsal ölçekte analiz edilmesine yardımcı olabilir. Sonuçlar Nature bilim bülteninde yayımlandı.
Ortalama değer yerine kesin değer
Uygulamalı Fizik Enstitüsü’nde çalışan Profesör Ulrike Diebold, “Daha önce yüzey asitliğine yönelik yapılan tüm ölçümlerde ciddi bir eksiklik bulunuyordu” diyor. “Yüzey atomlarının kimyasal açıdan farklı şekilde davranmasına rağmen, sadece ortalama değer ölçülebiliyordu.”
Bu sebeple, kimyasal tepkimelere hangi atomların ne ölçüde katkı yaptığı bilinmiyor ve yüzeyin, belirli kimyasal tepkimeler lehine atomik ölçekte ayarlanması imkansız hale geliyormuş. Fakat örneğin hidrojen üretiminde daha etkili katalizörler aranırken, tam da bunun yapılması gerekiyormuş.
Prof. Diebold’un laboratuvarında söz konusu ölçümleri yürüten Margareta Wagner şöyle aktarıyor: “İndiyum oksitten meydana gelen yüzeyleri analiz ettik. Bunlar özellikle ilginç yüzeyler çünkü yüzeyde farklı niteliklere sahip beş farklı OH grubu bulunuyor.”
Özel bir hile yardımıyla, bu OH gruplarını tekil şekilde incelemek mümkün olmuş: Araştırmacılar, tek bir OH grubunu atomik kuvvet mikroskobunun ucuna yerleştirmiş. Bu uç daha sonra, özel olarak yüzeydeki belirli bir atomun üzerine konumlandırılmış. Ardından, uçta bulunan OH grubu ile bunun doğrudan altında, indiyum oksit yüzeyde yer alan OH grubu arasında bir kuvvet uygulanmış. Söz konusu kuvvet, iki grubun arasındaki uzaklığa hassas şekilde bağlıymış.
“Uç ve yüzey arasındaki uzaklığı değiştirdik ve bu işlemin, kuvveti nasıl değiştirdiğini ölçtük” diye açıklıyor Margareta Wagner. “Böylelikle, bir malzemenin yüzeyindeki her bir OH grubu için özgün bir kuvvet eğrisi elde ettik.” Bu kuvvet eğrisinin şekli, indiyum oksit yüzeydeki tekil oksijen atomlarının protonlarını ne kadar iyi tuttuğuna (veya ne kadar kolay bırakacaklarına) yönelik bilgi sağlıyor.
Viyana Teknoloji Üniversitesi. Ç: O.
