Штата Джорджия химии Университета разгадали одну из загадок каталитической реакции в микроскопическом масштабе, позволяя для проектирования более эффективных производственных процессов.
— Катализаторы, которые ускоряют химические реакции во всем, начиная от переваривания пищи и двигатели внутреннего сгорания в автомобилях — имеют важное значение в превращении сырья в полезные продукты в отрасли, включая нефть, пластмассы, бумаги, фармацевтической и пивоваренной. Понимание того, как происходят реакции могут помочь ученым инженером лучше катализаторов, которые являются более энергосберегающими и экологически устойчивой.
Ученые установили новый томограф стратегия, которая способна отслеживать отдельные молекулы, как они шимми через крошечные поры в оболочках кремнезем сферы и контроля за химической реакции динамика на каталитических центров на сердечнике, производить первые количественные измерения как содержания на нано-масштаба на самом деле ускоряет каталитические реакции.
Понимание этого удивительного «эффекта nanoconfinement» может помочь в точности разработке более эффективных промышленных катализаторов, которые могут сохранить энергию.
«Вы хотите, чтобы конкретный товар и у вас есть выбор из различных пористых материалов, которые могут делать разные вещи. Который даст вам лучший курс конверсии и высокая скорость?» сказал Нин фан, профессор химии в Государственном Грузии, которые опубликовали результаты исследования в природе связи. «Теперь у нас есть теория, основанная на экспериментальных данных, которые мы добавляем к симуляции, чтобы иметь лучшее предсказание того, что может быть результатом использования определенных катализаторов».
Изучение каталитических реакций ранее был ограничен теоретических и вычислительных моделей. Одиночн-молекулы система визуализации, разработанная штата Джорджия докторской научный сотрудник Бин Донг и опубликовано в природа катализа, позволяет исследователям впервые увидеть и измерить реакций, происходящих на крошечном многослойной пористой сферы, созданные в сотрудничестве с Университет штата Айова под руководством профессора Хуан Вэньюй и postdoctoral научный сотрудник Ючен пей.
Реактивные молекулы должны ориентироваться в определенном направлении, чтобы пройти через нанопоры — отверстия, что примерно в 100 раз меньше, чем ширина прядь волос. Нанопорах сопоставимы в диаметре до размеров молекулы реагента и когда ее кончик доходит до активной зоны, то он сразу запускает первую стадию реакции при контакте. Однако сгенерированный промежуточный продукт, улавливается нанопор как реакция продолжается через три шага, чтобы сформировать окончательную молекулу продукта.
Вопреки общепринятой теории, эта «нанопористые барьер» ускоряет реакцию, а не замедляя его, на основе экспериментальных измерений Фанга энергии активации. Несмотря на молекулярное движение ограничивается наличием пористой оболочки, этот процесс усугубляется заключения, исследование показало.
«Инстинктивно, можно было бы ожидать снижение активности, когда каталитические центры защищены от реагентов молекул нанопористое снаряд», — сказал Клык. «Однако, наши экспериментальные свидетельства говорят о другом. И еще более удивительно, что каталитическая деятельность усиливается для катализаторов с более узкими нанопор структур, пока преимущества nanoconfinement настигнут сдержанные молекулярного транспорта в нанопористых оболочки.»
Это открытие может иметь серьезные последствия в разработке новых катализаторов. Например, эквивалент более 500 млн баррелей бензина ежегодно используется для преобразования этана и пропана в алкены, которые используются в производстве пластмасс, моющих средств и других продуктов. Применение более эффективных катализаторов в большом масштабе может сэкономить много энергии в процессе.
сделать разницу: спонсорские возможности
Ответить
Хотите присоединиться к обсуждению?Не стесняйтесь вносить свой вклад!