Importanța bunilor vecini în cataliză

Cooperarea vecină pentru cataliză. În primul rând, un număr de nanoparticule de cupru sunt izolate într-un tub de nanotub umplut cu gaz. Cercetătorii folosesc apoi lumina pentru a măsura modul în care interacționează între ei în procesul prin care oxigenul și monoxidul de carbon devin dioxid de carbon. Scopul pe termen lung al cercetării este de a găsi o „cooperare de vecinătate” cu eficiență a resurselor în care cât mai multe particule posibil sunt catalitice active în același timp. Credit: David Albinsson / Universitatea de Tehnologie Chalmers

Ești afectat de vecinii tăi? La fel și nanoparticulele din catalizatori. Noi cercetări de Chalmers, publicate în reviste Progrese în știință și Comunicări despre natură, dezvăluie modul în care cei mai apropiați vecini determină cât de bine funcționează nanoparticulele într-un catalizator.

„Scopul pe termen lung al cercetării este de a putea identifica„ super-particulele ”, de a contribui la catalizatori mai eficienți în viitor. “Pentru a utiliza resursele mai bine decât astăzi, dorim, de asemenea, să participe în mod activ cât mai multe particule la reacția catalitică în același timp”, spune liderul cercetării Christoph Langhammer la Departamentul de Fizică de la Universitatea de Tehnologie Chalmers.

Christoph Langhammer

„Ceea ce am arătat acum este că starea de oxidare a unei particule poate fi influențată dinamic de vecinii săi cei mai apropiați în timpul reacției. Așadar, speranța este că putem, în cele din urmă, să economisim resurse cu ajutorul unei colaborări de cartier optimizate pe un catalizator “, spune Christoph Langhammer, profesor în cadrul Departamentului de Fizică la Chalmers. Credit: Henrik Sandsjö / Chalmers University of Technology

Imaginați-vă un grup mare de vecini adunați împreună pentru a curăța o curte comunală. Au plecat spre munca lor, fiecare contribuind la efortul grupului. Singura problemă este că nu toată lumea este la fel de activă. În timp ce unii lucrează din greu și eficient, alții merg, vorbesc și beau cafea. Dacă te-ai uita la rezultatul final, ar fi greu să știi cine a muncit mai mult și cine s-a relaxat. Pentru a o determina, va trebui să monitorizați fiecare persoană în timpul zilei. Același lucru este valabil și pentru activitatea nanoparticulelor metalice dintr-un catalizator.

Posibilitatea de a studia ce particule fac ce și când

În cadrul unui catalizator, unele particule afectează cât de eficiente sunt reacțiile. Unele particule din mulțime sunt eficiente, în timp ce altele sunt inactive. Dar particulele sunt adesea ascunse în interiorul unor ‘pori’ diferiți, la fel ca în burete, și, prin urmare, sunt dificil de studiat.

Pentru a putea vedea ce se întâmplă cu adevărat în interiorul unui por catalizator, cercetătorii de la Universitatea de Tehnologie Chalmers au izolat o particulă de particule de cupru într-un nanotub de sticlă transparent. Când mai multe sunt asamblate împreună într-un tub mic umplut cu gaz, devine posibil să se studieze ce particule fac ce și când, în condiții reale.

Ceea ce se întâmplă în tub este că particulele vin în contact cu un amestec de gaz de intrare de oxigen și monoxid de carbon. Când aceste substanțe reacționează între ele pe suprafața particulelor de cupru, se formează dioxid de carbon. Este aceeași reacție care apare atunci când gazele de eșapament sunt curățate în convertorul catalitic al unei mașini, cu excepția faptului că particulele de platină, paladiu și rodiu sunt adesea folosite pentru a descompune monoxidul de carbon toxic, în loc de cupru. Dar aceste metale sunt scumpe și rare, astfel încât cercetătorii caută alternative de resurse mai eficiente.

David Albinsson

„Cuprul poate fi un candidat interesant pentru oxidarea monoxidului de carbon. Provocarea este că cuprul are tendința de a se schimba singur în timpul reacției și trebuie să putem măsura ce stare de oxidare are o particulă de cupru atunci când este cea mai activă din interiorul catalizatorului. Cu nanoreactorul nostru, care imită un por în interiorul unui catalizator real, acest lucru va fi posibil acum ”, spune David Albinsson, cercetător postdoctoral în cadrul Departamentului de Fizică Chalmers și primul autor al a două lucrări științifice recente în Progrese științifice și comunicări despre natură. Credit: Helén Rosenfeldt / Universitatea de Tehnologie Chalmers

„Cuprul poate fi un candidat interesant pentru oxidarea monoxidului de carbon. Provocarea este că cuprul tinde să se schimbe singur în timpul reacției și trebuie să putem măsura ce stare de oxidare are o particulă de cupru atunci când este cea mai activă din interiorul catalizatorului. Cu nanoreactorul nostru, care imită un por în interiorul unui catalizator real, acest lucru va fi posibil acum ”, spune David Albinsson, cercetător postdoctoral în cadrul Departamentului de Fizică Chalmers și primul autor al a două lucrări științifice recente în Progrese științifice și comunicări despre natură.

Cooperarea optimizată a vecinătății poate economisi resurse

Oricine a văzut un acoperiș sau o statuie de cupru vechi, va ști cât de repede se înroșește metalul maro roșcat după contactul cu aerul și poluanții. Un lucru similar se întâmplă cu particulele de cupru din catalizatori. Prin urmare, este important să îi convingem să lucreze împreună într-un mod eficient.

„Ceea ce am arătat acum este că starea de oxidare a unei particule poate fi influențată dinamic de vecinii săi cei mai apropiați în timpul reacției. Așadar, speranța este că, în cele din urmă, putem economisi resurse cu ajutorul unei colaborări de cartier optimizate pe un catalizator “, spune Christoph Langhammer, profesor la Departamentul de Fizică de la Chalmers.

Referințe:

„Cataliza cuprului în condiții de operare – reducerea decalajului dintre sonda cu particule simple și media catalizatorului” de David Albinsson, Astrid Boje, Sara Nilsson, Christopher Tiburski, Anders Hellman, Henrik Ström și Christoph Langhammer, 24 septembrie 2020, Comunicări despre natură.
DOI: 10.1038 / s41467-020-18623-1

„Descoperirea dinamicii de funcționare a activității unei singure nanoparticule într-un material catalizator de pori” de David Albinsson, Stephan Bartling, Sara Nilsson, Henrik Ström, Joachim Fritzsche și Christoph Langhammer, 19 iunie 2020 Progrese în știință.
DOI: 10.1126 / sciadv.aba7678

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Apneea obstructivă în somn este frecventă la persoanele cu tulburări cognitive – este tratabilă

O tulburare de somn tratabilă în mod obișnuit la persoanele cu probleme de gândire și memorie. Apnee obstructivă în somn - respirația se oprește de...

Oamenii de știință dezvăluie cheia creșterii musculare adecvate

Analiza imunofluorescenței unui grup de celule stem proliferante asociate cu fibre musculare (gri). Celulele stem produc Dll1 (roșu) și MyoD (verde). Două...

ExoMars Orbiter surprinde fermitatea la locul de aterizare al craterului Mars Jezero

ESA-Roscosmos Trace Gas Orbiter a observat vehiculul NASA Perseverance Mars 2020, împreună cu o parașută și o carapace spate, un scut termic și o...

Reglarea cuantică în grafen avansează era comunicațiilor fără fir Terahertz de mare viteză

Tunelare cuantică. Credit: Daria Sokol / Biroul de presă MIPT Oamenii de știință de la MIPT, Universitatea Pedagogică de Stat din Moscova și Universitatea...

Utilizarea moleculelor vibrante pentru a investiga proprietățile undelor materiei

Ionii moleculari HD + (perechi de puncte galbene și roșii) într-o capcană de ioni (gri) sunt iradiați de o undă laser (roșu). Acest...

Newsletter

Subscribe to stay updated.