Просмотр катализаторов в действии
МАТЕРИАЛЫ
Наблюдая как наноразмерных катализаторов изменений в ходе реакции, ученые из США кафедра Лоуренса в Беркли и энергетики Национальной лаборатории приобретают понимание того, что может привести к развитию более совершенных катализаторов, которые могут быть использованы для борьбы с загрязнением, корма водородных топливных элементов, а диск топлива уточнения методов.
"Наблюдая за изменением катализаторов в режиме реального времени, мы можем возможно умный дизайн катализаторов, которые оптимально изменений в качестве реакции развивается, говорит Габор Соморяи, науки поверхности и катализ эксперт совместного назначения в материалах Лаборатории Беркли наук Div. и Univ. отдела Калифорнии Беркли химии. Он может также ускорить разработку катализаторов, что изъятия всех веществ в реакции, за исключением целевого продукта, отличительной чертой зеленой химии, в котором отходы побочных продуктов сведены к минимуму.
Используя современное состояние системы в спектроскопии Расширенный Источник Лаборатории Беркли Света. Соморяи и его коллега Мигель Салмерон смотрел катализаторов реструктуризации себя в соответствии с различными реагентами. До сих пор. наноразмерных катализаторов может наблюдаться только до и после реакции, важнейшие детали - как катализатор трансформируется в ходе реакции - остались тайной - и огромные препятствия.
Это все равно что пытаться понять чью-то жизнь, наблюдая за человека, как новорожденный младенец, а затем быстро-экспедиторских по старости, Соморяи объясняет. Как выясняется, в период между невероятно важным, но и невероятно трудно расшифровать, наблюдая широко два разных этапа.
"Трудно настроить катализатора делать именно то, что вы хотите, если вы не знаете, как она адаптируется в ходе реакции", добавляет Салмерон, который проводит совместные встречи в Беркли Материалы Лаборатории наук Div. и отдел Калифорнийского университета в Беркли материалов и технических наук. "С нашей работы, мы можем, в первый раз, посмотреть, что делает катализатора в ходе реакции."
Исследователи использовали первый методов, разработанных в лаборатории Соморяи к синтезировать наночастицы состоят из общих каталитических металлов некоторые частицы были сделаны из родия и палладия, а другие из платины и палладия. Тогда, чтобы увидеть, как эти изменения биметаллические катализаторы в присутствии реагентов, они использовали спектроскопии система, разработанная Сальмерон. В отличие от большинства других спектрометров, которые требуют тщательного контроля вакуума, это firstof своем роде фотоэлектронной спектроскопии система работает при температуре окружающего давления и в присутствии различных химических веществ, возникающие в типичных каталитических реакций.
Используя эту систему, которая определяет элементы, обнаруживая их уникальным спектральным сигналы, ученые наблюдали в режиме реального времени, а биметаллические наночастицы реструктуризации себя при контакте с различными газами, такими как окиси азота, окиси углерода и водорода. При наличии некоторых реагентов, родий поднялся на поверхности частицы, а в присутствии других реагентов, палладия поднялась на поверхность.
С различными газами, "мы наблюдали различные металлы изоляции к поверхности катализатора, который входит в состав катализатора, который дисков химических реакций", говорит Соморяи. "Это вся разница в создании как катализатора участвует в химии".
Имея эту информацию, ученые надеются разработать наночастицы катализатора и реагентов, разработанные с учетом наиболее эффективного выхода продукта. Например, исследователи могут инженер биметаллические наночастицы катализатора, в которой один металл поднимается на поверхность во время начальной стадии реакции, а из другого металла поднимается к поверхности на более позднем этапе. Цель заключается в обеспечении наиболее активных металлов на поверхности катализатора, именно тогда, когда они наиболее необходимы. Таким образом, конечный продукт может быть разработана, как быстро и дешево, как это возможно.
Поскольку их следующий шаг, и Соморяи Салмерон надеемся наблюдать, как катализаторы меняют форму в ходе реакции, которые могут быть столь же важны, как и композиционные изменения в стимулировании химических реакций.
"Smarter является тенденция", говорит Салмерон. "Чем больше мы узнаем о том, как адаптируется катализатора в ходе реакции, тем лучше мы можем разработать эффективные каталитические реакции".
