Инженеры из Университета Райса создали свет-работает катализатор, который может разорвать прочные химические связи в фторуглеродов, группа синтетических материалов, который включает стойких органических загрязнителей окружающей среды.
В исследовании, опубликованном в этом месяце в природе катализа, рис нанофотоника Пионер Наоми Халас и сотрудников Университета Калифорнии в Санта-Барбаре (УСБ) и Принстонского университета показали, что крошечные сферы из алюминия, усеянного крапинками палладий может сломать углерод-фтор (с-Ф) облигаций посредством каталитического процесса, известного как hydrodefluorination, в котором атом фтора заменен на атом водорода.
Прочность и устойчивость с-F облигации за 20-го века самых узнаваемых химических брендов, в том числе тефлона, фреон и Scotchgard. Но сила этих облигаций может быть проблематичным, когда фторуглеродов попадают в воздух, почву и воду. Хлорфторуглероды, или ХФУ, например, были запрещены международным договором, в 1980-х годах после того, как они оказались уничтожают защитный озоновый слой земли, и других фторированных были в списке «вечно химических веществ» объектом договора 2001 года.
«Самая трудная часть о восстановление любых фторсодержащих соединений является разрыв с-F связей; это требует много энергии», — сказал Халас, инженера-химика, чьи лаборатории нанофотоники (LANP) специализируется на создании и изучении наночастиц, которые взаимодействуют со светом.
За последние пять лет, Халас и его коллеги разработали методы «антенна-реактор» катализаторы, которые стимулируют или ускоряют химические реакции. В то время как катализаторы широко используются в промышленности, они обычно используются в энергоемких процессов, которые требуют высокой температуры, высокого давления или обоих. Например, сетка каталитического материала вставляется высокого давления на химическом заводе, и природный газ или другое ископаемое топливо сжигается для нагревания газа или жидкости, которая текла через сетку. Антенна-реакторы LANP резко повысить энергоэффективность путем захвата энергии света и вставив его непосредственно в точке каталитической реакции.
В изучение природы катализа, энергия захвата антенна представляет собой алюминиевый частиц меньше, чем живая клетка, и реакторы острова палладия, разбросанных по алюминиевой поверхности. Энергосберегающие особенность антенны-реактор катализаторов, пожалуй, лучше всего проиллюстрировать еще одним из предыдущих успехах Халас’: солнечная пара. В 2012 году ее команда показала свою энергетическую сбора частиц может мгновенно испарить молекулы воды вблизи своей поверхности, что означает, Халас и коллеги могли сделать пара без кипятка. Чтобы ехать домой точки, они показали, что они могут сделать пар из ледяной воды.
Антенны-конструкции реакторов катализатором позволяет команде Халас’ смешивать и сочетать металлы, которые лучше всего подходят для захвата света и катализируя реакции в определенном контексте. Работа является частью движения «зеленых» химия в направлении более чистых, более эффективных химических процессов, и LANP ранее продемонстрировали катализаторы получения этилена и синтез-газа и для расщепления аммиака для производства водородного топлива.
Ведущий автор исследования Хусейн Робатжази, а Бекман постдокторант в UCSB, кто получил докторскую степень из риса в 2019 году, проведена масса исследований во время обучения в аспирантуре в лаборатории Халас’. Он сказал, что проект также показывает важность междисциплинарного сотрудничества.
«Я закончил эксперименты и в прошлом году, но наши экспериментальные результаты были некоторые интересные особенности, изменения в реакции Кинетика при освещении, что поднят важный, но интересный вопрос: Какую роль свет играет для продвижения с-Ф ломать химии?», — сказал он.
Ответы пришли после Робатжази прибыл на свой опыт исследователя в УСБ. Ему было поручено разработать модели макрокинетика, и сочетание выводы из модели и из теоретических расчетов, выполненных коллаборационистов в Принстоне помогли объяснить загадочные результаты.
«С этой модели, мы использовали перспективу от поверхности науки в традиционном катализе, чтобы однозначно связать экспериментальные результаты для изменения пути реакции и реакционная способность при свете», — сказал он.
Демонстрационные опыты по fluoromethane может быть только началом для С-Ф ломать катализатор.
«Эта общая реакция может быть полезно для исправления многих других типов фторированных молекул», — сказал Халас.
сделать разницу: спонсорские возможности
Ответить
Хотите присоединиться к обсуждению?Не стесняйтесь вносить свой вклад!