Sousední spolupráce pro katalýzu. Nejprve byla izolována řada nanočástic mědi v nanotrubičce naplněné plynem. Vědci poté pomocí světla změřili, jak každý z nich ovlivňuje proces, při kterém se kyslík a oxid uhelnatý přeměňují na oxid uhličitý. Dlouhodobým účelem výzkumu je najít „sousedské prostředí“, kde lze katalyticky aktivovat co nejvíce částic současně. Uznání: David Albinsson / Chalmers University of Technology
Ovlivňují vás sousedé? Stejně tak nanočástice katalistů. Nový výzkum od Chalmersa, publikovaný v časopisech Vědecké pokroky a Přirozená komunikace, odhaluje, jak nejbližší sousedé vědí, jak dobře fungují nanočástice v katalyzátoru.
„Dlouhodobým cílem výzkumu je identifikovat„ superčástice “, přispět v budoucnu účinnějšími katalyzátory. Chcete-li využívat zdroje lépe než dnes, chceme také více částic co nejvíce se současně aktivně účastnit katalytických reakcí, “uvedl vedoucí výzkumu Christoph Langhammer z katedry fyziky na Chalmers University of Technology.
„Nyní ukazujeme, že oxidační stav částice může být během reakce silně ovlivněn jejími nejbližšími sousedy. Doufáme, že budeme později schopni ukládat zdroje pomocí optimalizovat spolupráci katalyzátoru, “uvedl Christoph Langhammer, profesor katedry fyziky a Chalmers. Uznání: Henrik Sandsjö / Chalmers University of Technology
Představte si velkou skupinu sousedů, kteří se shromáždili, aby uklidili obecní dvůr. Začali svou práci a každý přispěl k úsilí skupiny. Jediným problémem je, že ne každý je stejně aktivní. Zatímco některé fungují dobře a efektivně, jiné bloudí, povídají si a pijí kávu. Když se podíváte na konečný výsledek, je těžké vědět, kdo pracoval nejvíce a kdo prostě odpočíval. Chcete-li to zjistit, musíte během dne hlídat každou osobu. Totéž platí pro aktivitu kovových nanočástic v katalyzátoru.
Možnost studovat, jaké částice tvoří co a kdy
V katalyzátoru ovlivňuje mnoho částic účinnost reakcí. Některé částice u většiny lidí jsou účinné, zatímco jiné jsou neaktivní. Fragmenty jsou však často skryty uvnitř různých pórů, jako je houba, a je proto obtížné je studovat.
Aby zjistili, co se skutečně děje uvnitř pórů katalyzátoru, vědci z Chalmers University of Technology oddělují některé částice mědi do průhledné skleněné nanotrubice. Pokud se v malé trubici naplněné plynem hromadí hodně, je možné studovat, jaké částice tvoří, co a kdy, za reálných podmínek.
Co se stane s trubicí je to, že částice přijdou do styku s proudícím plynem, který mísí kyslík a oxid uhelnatý. Když tyto prvky vzájemně reagují na částice mědi, vzniká oxid uhličitý. Jedná se o stejnou reakci, která nastává, když jsou výfukové plyny čištěny katalyzátorem v automobilu, pokud nejsou místo mědi často používány částice platiny, palladia a rhodia, které se často používají k odbourávání toxického oxidu uhelnatého. Ale tyto kovy jsou drahé a vzácné, proto vědci hledají univerzálnější zdroje.
“Měď může být zajímavým kandidátem na oxidaci oxidu uhelnatého. Úkolem je, že měď má během reakce tendenci se sama měnit a musíme měřit, jaký oxidační stav v částice existuje.” měď, pokud je v katalyzátoru nejaktivnější. S naším nanoreaktorem, který ze skutečného důvodu napodobuje díru v interiéru, je to možné, “řekl David Albinsson, postdoctorální výzkumník z katedry fyziky a chalmersu a první autor dvou vědeckých článků aktuálně publikovaných v Science Advances and the Nature of Communication. Uznání: Helén Rosenfeldt / Chalmers University of Technology
„Měď může být zajímavým kandidátem na oxidaci oxidu uhelnatého. Výzvou je, že měď má během reakce tendenci se sama měnit a musíme měřit, co má oxidace společného s kus mědi, pokud je nejaktivnější uvnitř katalyzátoru. S naším nanoreaktorem, který ze skutečného důvodu napodobuje díru uvnitř, to lze provést, “řekl David Albinsson, postdoctorální výzkumník z katedry fyziky a Chalmers a první autor dvou vědeckých článků publikovaných dnes v Science Advances and the Nature of Communication.
Optimalizovaná sousedská spolupráce může zachránit pozadí
Kdokoli, kdo uvidí starou měděnou střechu nebo sochu, může zjistit, jak se rozpálený kov po kontaktu se vzduchem a špínou brzy zezelená. Totéž se stalo s měděnými částicemi katalistů. Je tedy důležité, aby efektivně spolupracovali.
„Nyní ukazujeme, že oxidační stav částice může být během reakce silně ovlivněn jejími nejbližšími sousedy. Doufáme, že budeme později schopni ukládat zdroje pomocí optimalizovat spolupráci katalyzátoru, “uvedl Christoph Langhammer, profesor katedry fyziky a Chalmers.
Reference:
„Měďová katalýza v provozních podmínkách – propast mezi analýzou nanočástic a analýzou katalytického lože“ David Albinsson, Astrid Boje, Sara Nilsson, Christopher Tiburski, Anders Hellman, Henrik Ström a Christoph Langhammer, 24. září 2020, Přirozená komunikace.
DOI: 10.1038 / s41467-020-18623-1
„Operando vidělo dynamickou dynamiku aktivity nanočástic v katalyzátoru pórů modelového materiálu“ David Albinsson, Stephan Bartling, Sara Nilsson, Henrik Ström, Joachim Fritzsche a Christoph Langhammer, 19. června 2020, Vědecké pokroky.
DOI: 10.1126 / sciadv.aba7678