Новости космоса и технологий. » Физика » Инженеры находят способ управлять химическими катализаторами с помощью скульптурного света

Инженеры находят способ управлять химическими катализаторами с помощью скульптурного света

Опубликовал: Admin, 18-01-2021, 10:15, Физика, 101, 0

Инженеры находят способ управлять химическими катализаторами с помощью скульптурного света

Как человек, прерывающий кошачью драку, роль катализаторов химической реакции состоит в том, чтобы ускорить процесс и выйти из него целыми. И точно так же, как не в каждом доме в районе есть кто-то, кто готов вмешаться в такую ​​битву, не каждая часть катализатора участвует в реакции. Но что, если бы можно было убедить не задействованные части катализатора принять участие? Химические реакции могут происходить быстрее или эффективнее.

Ученые из Стэнфордского университета под руководством Дженнифер Дионн сделали это с помощью свет и передовые методы изготовления и определения характеристик, чтобы наделить катализаторы новыми возможностями.

В эксперименте по проверке правильности концепции катализаторами служили палладиевые стержни, ширина которых составляла примерно 1/200 ширины человеческого волоса. Исследователи поместили эти наностержни над золотыми наноразмерными стержнями, которые фокусировали и «формировали» свет вокруг катализатора. Этот скульптурный свет изменил области на наностержнях, где химические реакции - с выделением водорода. Эта работа, опубликованная 14 января в Наука, может быть первым шагом к более эффективным катализаторам, новым формам каталитических превращений и, возможно, даже к катализаторам, способным поддерживать более одной реакции одновременно.

«Это исследование является важным шагом в реализации катализаторов, оптимизированных от атомных до реакторных», - сказал Дионн, доцент кафедры материаловедения и инженерии, ведущий автор статьи. «Цель состоит в том, чтобы понять, как с соответствующей формой и составом мы можем максимизировать реактивную площадь катализатора и контролировать, какие реакции происходят».

Мини-лаборатория

Чтобы просто наблюдать за этой реакцией, требовался исключительный микроскоп, способный визуализировать активный химический процесс в чрезвычайно малых масштабах. «Трудно наблюдать, как катализаторы меняются при Условиях реакции , Потому что наночастицы чрезвычайно малы», - сказала Кэтрин Ситву, бывшая аспирантка лаборатории Дионна и ведущий автор статьи. «Характеристики катализатора в атомном масштабе обычно определяют, где происходит преобразование, поэтому очень важно различать, что происходит внутри маленькой наночастицы».

Для этой конкретной реакции - и более поздних экспериментов по контролю над катализатором - микроскоп также должен был быть совместим с введением газа и света в образец.

Чтобы выполнить всеДля этого исследователи использовали просвечивающий электронный микроскоп окружающей среды в Стэнфордском объединении нанотехнологий со специальной насадкой, разработанной ранее лабораторией Дионна, для проникновения света. Как следует из названия, просвечивающие электронные микроскопы используют электроны для изображения образцов, что обеспечивает более высокий уровень увеличения, чем классический оптический микроскоп, а экологические особенности этого микроскопа означают, что газ может быть добавлен в то, что в противном случае является безвоздушной средой.

«По сути, у вас есть мини-лаборатория, где вы можете проводить эксперименты и визуализировать происходящее на почти атомарном уровне», - сказал Ситву.

При определенных условиях температуры и давления палладий, богатый водородом, высвобождает свои атомы водорода. Чтобы увидеть, как свет повлияет на эту стандартную каталитическую трансформацию, исследователи настроили золотой наноразмерный стержень, разработанный с использованием оборудования на Стэнфордском совместном предприятии по нанотехнологиям и Стэнфордском предприятии по производству нанофабрикатов, чтобы он располагался под палладием и действовал как антенна, собирая входящие потоки. свет и направить его к ближайшему катализатору.

«Сначала нам нужно было понять, как эти материалы трансформируются естественным образом. Затем мы начали думать о том, как мы могли бы модифицировать и фактически контролировать, как изменяются эти наночастицы», - сказал Ситву.

Без света наиболее реактивными точками дегидрирования являются две вершины наностержня. Затем реакция проходит через наностержень, по пути выделяя водород. Однако с помощью света исследователи смогли управлять этой реакцией так, чтобы она распространялась от середины наружу или от одного наконечника к другому. Основываясь на расположении золотой нанобруски и условиях освещения, исследователям удалось создать множество альтернативных горячих точек.

Разрыв и прорывы облигаций

Эта работа - один из редких примеров, показывающих, что можно настроить поведение катализаторов даже после их изготовления. Это открывает значительный потенциал для повышения эффективности на уровне одного катализатора. Одиночный катализатор может играть роль многих, используя свет для выполнения нескольких одинаковых реакций на своей поверхности или потенциально увеличивая количество мест для реакций. Контроль света также может помочь ученым избежать нежелательных посторонних реакций, которые иногда возникают одновременно с желаемыми. Самая амбициозная цель Дионна - когда-нибудь разработать эффективные катализаторы, способные разрушать пластик на молекулярном уровне и превращать его обратно в исходный материал для вторичной переработки.

Дионн подчеркнула, что эта работа и все, что будет дальше, были бы невозможны без общих помещений и ресурсов, доступных в Стэнфорде. (Эти исследователи также использовали Стэнфордский исследовательский вычислительный центр для анализа данных.) Большинство лабораторий не могут позволить себе иметь это современное оборудование самостоятельно, поэтому его совместное использование увеличивает доступ и экспертную поддержку.

«То, что мы можем узнать о мире и о том, как мы можем сделать возможным следующий большой прорыв, очень сильно зависит от общих исследовательских платформ», - сказала Дионн, которая также является старшим заместителем проректора по исследовательским платформам /общим объектам. «Эти пространства предлагают не только важные инструменты, но и действительно удивительное сообщество исследователей».


Источник


У данной публикации еще нет комментариев. Хотите начать обсуждение?

Написать комментарий
Имя:*
E-Mail:
Введите код: *
Кликните на изображение чтобы обновить код, если он неразборчив


Поиск по сайту
Полезные ссылки
Оцените работу сайта

TEHNONEWS

Новости космоса технологий нанотехнологий физики и химии