Hidroksilne skupine (- OH) mogu pokazivati kiselost ili lužnatost na površini metalnih oksida u obliku primanja ili opskrbe protona. Podešavanjem količine i raspodjele hidroksilnih skupina može se postići precizna kontrola površinske kiselosti i lužnatosti, čime se utječe na aktivacijski put i selektivnost katalitičkih reakcija.
Na nezasićenim metalnim mjestima metalnih oksida ili poluvodičkih oksida (kao što su Ti4+, Fe3+), molekule vode prvo se adsorbiraju u molekularnom obliku, nakon čega slijedi cijepanje O-H veze, što rezultira premosnim ili terminalnim hidroksilnim skupinama (M-OH) i površinskim atomima vodika. Termodinamička pokretačka snaga ovog procesa dolazi od jake Lewisove kiselosti metalnih iona, zbog čega se molekule vode lako odvajaju. I eksperimenti i DFT izračuni pokazuju da površine prekrivene niskim sadržajem kisika imaju tendenciju disociranja i adsorpcije, dok površine prekrivene visokim sadržajem kisika imaju tendenciju adsorpcije molekula.
Površinski hidroksilni inženjering odnosi se na ciljanu regulaciju broja, distribucije i kemijske aktivnosti hidroksilnih (- OH) skupina na površini materijala putem fizičkih, kemijskih ili plazmoničkih sredstava, kako bi se postigla precizna prilagodba svojstava površine. Hidroksilne skupine su najčešće polarne funkcionalne skupine koje mogu tvoriti vodikove veze, koordinacijske veze ili kovalentne veze s vodom, metalnim ionima, polimernim lancima ili biomolekulama, značajno mijenjajući hidrofilnost, površinsku energiju, adsorpcijsku/katalitičku aktivnost i biokompatibilnost materijala.
Kao istraživač s više od dva desetljeća iskustva u znanosti o materijalima, iz prve sam ruke vidio izazove koji dolaze sa sintetiziranjem dosljednih, visokokvalitetnih suspenzija nanočestica metalnih oksida. Borba je stvarna - aglomeracija, gdje se te sićušne, moćne čestice lijepe zajedno, može uništiti sama svojstva za koja se toliko trudimo postići.
Infracrvena spektroskopija: Gleda koliko je svjetlosti potrošeno. Kada molekula apsorbira svjetlost određene valne duljine, znamo koje su funkcionalne skupine unutar nje. Ramanova spektroskopija: Gleda koliko je svjetlost odbijena. Primjenjuje se laserska zraka za analizu koliko se odbijena svjetlost promijenila, kako bi se odredila molekularna struktura.
Osnovne tehnike karakterizacije katalizatora moćni su alati za stjecanje dubljeg razumijevanja njihovih fizičkih, kemijskih i strukturnih svojstava. Sveobuhvatnom primjenom može se otkriti mehanizam katalitičke reakcije, pružajući teoretsku osnovu za dizajn i razvoj visokoučinkovitih katalizatora. S napretkom tehnologije, ova tehnologija nastavlja s inovacijama i razvojem prema višoj razlučivosti, točnijoj kvantifikaciji i boljoj simulaciji stvarnih reakcijskih uvjeta.
