С помощью нового типа нанореакторов при, исследователи из университета Чалмерса, Швеция, удалось сопоставления каталитических реакций на отдельных металлических наночастиц. Их работа может помочь улучшить химические процессы, и приведет к лучшему катализаторов и более экологически чистых химических технологий. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature.
Увеличение катализаторов на скорость химической реакции. Они играют жизненно важную роль во многих важных промышленных процессов, от принятия топлива на лекарства, чтобы помочь ограничить вредные выбросы автомобиля. Они также являются важными строительными блоками для новых, экологически безопасных технологий, таких как топливные элементы, где электричество вырабатывается в результате реакции между кислородом и водородом. Катализаторы также могут внести свой вклад в разрушение окружающей среды, токсинов, в результате очистки воды от ядовитых химических веществ, например.
Для разработки более эффективных катализаторов на будущее, фундаментальные знания необходимы, такие как понимание катализа на уровне отдельных активных каталитических частиц.
Для того, чтобы визуализировать проблему понимания сегодня каталитических реакций, представьте, толпа на футбольном матче, где количество зрителей загораются факелы. Дым быстро распространяется сквозь толпу, и когда образовалось облако дыма, почти невозможно сказать, кто на самом деле зажег файеры, или как сильно каждый из них горит. Химические реакции в катализе происходят на сопоставимой основе. Участвуют миллионы отдельных частиц, и это в настоящее время очень сложно отследить и определить роль каждого конкретного — насколько они эффективны, сколько каждый внес свою лепту в реакции.
Чтобы лучше понять каталитического процесса, необходимо исследовать ее на уровне отдельных наночастиц. Новый нанореакторов при Чалмерс позволило исследователям сделать именно это. Реактор состоит из 50 стеклянных nanotunnels, заполненные жидкостью, расположены параллельно. В каждом туннеле исследователи поместили один наночастицы золота. Хотя они имеют одинаковый размер, каждая наночастица имеет разнообразные каталитические свойства — некоторые из них весьма эффективные, другие явно меньше оптимального. Чтобы можно было различить, как размер и наноструктурированных катализа влияние, исследователи измерили катализе на частицах индивидуально.
«Мы направили в nanotunnels двух типов молекул, которые реагируют друг с другом. Один тип молекулы флуоресцентного и излучает свет. Свет только погас, когда он встречает партнера второго типа на поверхности наночастиц, и химическая реакция между молекулами возникает. Наблюдая за этим вымирание ‘свет в конце nanotunnel’, на выходе из наночастиц, позволило нам отслеживать и измерять эффективность каждого наночастиц на ускорение химической реакции», — говорит Суне Левин, аспирант кафедры биологии и биотехнологии в Чалмерс технологического университета и ведущий автор научной статьи.
Он проводил эксперименты под руководством профессора Фредрик Вестерлунд и Кристоф Langhammer. Новый нанореакторов при является результатом широкого сотрудничества между исследователями различных ведомств в Чалмерс.
«Эффективный катализ имеет важное значение для синтеза и разложения химических веществ. Например, катализаторы, необходимые для производства пластмасс, лекарств и топлива, в лучшем случае, и расщеплять токсины окружающей среды», — говорит Фредрик Вестерлунд, профессор кафедры биологии и биотехнологии в Чалмерс.
Разработке более эффективных каталитических материалов необходимых для устойчивого будущего и есть большие социальные и экономические выгоды должны быть сделаны.
«Если каталитических наночастиц может быть оптимально изысканный, общество может извлечь огромную пользу. В химической промышленности, например, делая определенные процессы всего несколько процентов более эффективным, может привести к значительному увеличению доходов, а также резко сократить воздействие на окружающую среду», — говорит научный руководитель проекта Кристоф Langhammer, профессор кафедры физики Чалмерс.
сделать разницу: спонсорские возможности
Ответить
Хотите присоединиться к обсуждению?Не стесняйтесь вносить свой вклад!