Молекулы воды золото для nanocatalysis

Нанокатализаторов сделан из наночастиц золота, диспергированных на оксиды металлов являются весьма перспективными для промышленного, селективного окисления соединений, включая спирты, в ценные химические вещества. Они показывают высокую каталитическую активность, особенно в водном растворе. Команда исследователей из Рурского университета в Бохуме (руб) не смог объяснить почему: молекулы воды играют активную роль в содействии диссоциации кислорода, необходимого для окисления. Команда профессора Доминик Маркс, кафедра теоретической химии, сообщает в ударопрочный журнале ACS катализа на 14 июля 2020 года.

Прет на золото

Большинство промышленных процессов окисления предполагают использование агентов, таких как хлор и органические пероксиды, которые производят ядовитые или бесполезные продукты. Вместо этого, используя молекулярный кислород, О2, и разделив ее для получения атомов кислорода, необходимых для производства конкретных продуктов будет более экологичной и более привлекательное решение. Перспективной средой для этого подхода является золото/оксид металла (Ас/Тіо2), где металл-оксид титана (TiO2) и поддерживает наночастиц золота. Эти нанокатализаторов может катализировать селективное окисление молекулярного водорода, окиси углерода и особенно спиртов, среди других. Решающий шаг за все реакции является диссоциация О2, которая включает в себя обычно высокий энергетический барьер. И решающую неизвестных в этом процессе-роль воды, так как реакции протекают в водных растворах.

В 2018 исследования, руб. группы Доминик Маркс, кафедра теоретической химии и научно-исследовательской области координатор кластера передового опыта Рур исследует Сольватации (и), уже намекнул, что молекулы воды активнее участвуют в окислительных реакции: они позволяют ступенчато с переносом заряда процесс, что приводит к кислородной диссоциации в водной фазе. Сейчас же команда показывает, что сольватация способствует активации молекулярного кислорода (О2) в золото/оксид металла (Ас/Тіо2) nanocatalyst: в самом деле, молекулы воды способствуют снижению энергетического барьера для диссоциации О2. Исследователи количественно, что растворитель бордюры затраты энергии на 25 процентов по сравнению с газовой фазой. «Впервые удалось получить представление о количественном воздействии воды на критической активации О2 реакция на этот nanocatalyst-и мы также понимаем, почему», — говорит Доминик Маркс.

Ум молекулы воды

Исследователи руб. применяется компьютерное моделирование, так называемое первопринципный метод молекулярной динамики, который явно включал в себя не только катализатора, но и, как многие, как 80 окружающими молекулами воды. Это был ключ, чтобы получить глубокое понимание в жидкой фазе сценария, которая содержит воду, при прямом сравнении в условиях газовой фазы, где вода отсутствует. «Предыдущие вычислительных работ, значительных упрощений и допущений, что не учитывает истинную сложность такой непростой растворителя, воды», — добавляет д-р Никлас Siemer, который недавно получил докторскую степень в год по результатам этих исследований.

Ученые моделируемых экспериментальных условиях с высокой температурой и давлением, чтобы получить бесплатный энергетический профиль О2 в жидкой и газовой фазе. Наконец, они могли проследить механистических причин для эффекта сольватации: молекулы воды вызывают увеличение местных заряда электрона к кислороду, который крепится по периметру nanocatalyst; это в свою очередь приводит к менее энергичным затраты на диссоциацию. В итоге, говорят исследователи, это все об уникальных свойствах воды: «мы обнаружили, что поляризуемость воды и ее способность пожертвовать водородных связей за активации кислорода», — говорит доктор Муньос-Santiburcio. По мнению авторов, новый компьютерная стратегия поможет Вам разобраться и улучшить прямого катализа окисления в воде и спиртах.

сделать разницу: спонсорские возможности