Новости космоса и технологий. » Химия » Кластеры благородных металлов могут повысить производительность катализаторов и сэкономить ресурсы

Кластеры благородных металлов могут повысить производительность катализаторов и сэкономить ресурсы

Опубликовал: Admin, 29-09-2020, 01:02, Химия, 64, 0

Кластеры благородных металлов могут повысить производительность катализаторов и сэкономить ресурсы

Миллиарды катализаторов из благородных металлов используются во всем мире для производства химикатов, выработки энергии или очистки воздуха. Однако ресурсы, необходимые для этой цели, дороги, а их доступность ограничена. Для оптимизации использования ресурсов были разработаны катализаторы на основе отдельных атомов металла. Исследовательская группа Технологического института Карлсруэ (KIT) продемонстрировала, что атомы благородных металлов могут собираться в кластеры при определенных условиях. Эти кластеры более реактивны, чем отдельные атомы, и, следовательно, выхлопные газы могут быть намного лучше удалены. Результаты представлены в Природный катализ .

Благородный металл катализаторы используются для широкого круга реакций. Среди прочего, они применяются почти во всех процессах сжигания для снижения выбросов загрязняющих веществ. Часто они состоят из очень мелких частиц активного компонента, например благородного металла, которые наносятся на материал-носитель. Эти так называемые наночастицы состоят из нескольких тысяч атомов металлов. «Но только внешние атомы активны в реакции, в то время как большинство атомов остаются неиспользованными», - объясняет профессор Ян-Дирк Грюнвальдт из Института химической технологии и химии полимеров (ITCP) KIT. Изменяя условия эксплуатации, структура такого типа катализатор и, следовательно, его деятельность может быть изменена.

«При высоких температурах в системе выпуска отработавших газов автомобиля, которые достигаются, например, во время более продолжительной езды по автомагистрали, взаимодействие между благородным металлом и носителем может привести к образованию единичных атомов, то есть отдельных отдельных атомов металла на перевозчик ", - говорит Грюнвальдт. «Можно ожидать, что такие одноатомные катализаторы позволят достичь очень высокой степени использования компонентов благородных металлов, потому что все атомы теоретически могут участвовать в реакции». Однако, вопреки этим ожиданиям, группа Грюнвальдта в сотрудничестве с профессорами Кристофом Вёллем из Института функциональных интерфейсов KIT и Феликсом Стадтом из Института исследований и технологий катализа KIT обнаружила, что эти атомы сначала должны образовать кластеры благородных металлов. в условиях реакции, чтобы стать активным.

Исследователи специально индуцировали образование отдельных атомов и тщательно исследовали их структуру во время реакции. С помощью узкоспециализированной спектроскопии и теоретических расчетов, которые были использованы впервые для этого класса катализаторов, команде удалось объяснить, почему атомы платины часто имеют низкую активность. «Чтобы преобразовать загрязняющие вещества, они обычно должны реагировать с кислородом в катализаторе. Для этого оба компонента должны быть доступны в одно и то же время и в одном месте, что не может быть достигнуто для изолированных атомов платины, поскольку кислорода для требуемой реакции слишком много. прочно связан с компонентом-носителем - в нашем случае оксидом церия », - говорит Флориан Маурер из ITCP, один из основных авторов исследования. «После разрыва связей платина-оксид церия атомы платины могут перемещаться по поверхности носителя. На следующем этапе эти атомы платины образуют небольшие кластеры платины, на которых реакция происходит намного быстрее, чем на Одиночных атомах ».

Кластеры имеют оптимальную структуру для высокой активности

Исследования команды доказывают, что ни наночастицы, ни изолированные атомы достичь наивысшей активности. «Оптимум находится посередине. Его достигают небольшие скопления благородных металлов», - говорит Грюнвальдт. «Стабилизация этих кластеров благородных металлов может быть ключом к значительному сокращению потребления благородных металлов при производстве катализаторов. В течение многих лет одной из основных стратегий при разработке новых катализаторов было все более тонкое распределение компонента благородного металла. Наши эксперименты теперь показали пределы в атомном диапазоне ". Результаты исследования теперь будут использованы для основанного на знаниях дизайна и разработки катализаторов повышенной стабильности и долгосрочной активности. Это будет одним из основных направлений работы Центра выхлопных газов Карлсруэ при KIT, научный руководитель которого доктор Мария Касапу является соавтором исследования.


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