ديناميات نظم النموذجي Nanocatalytical

العالم يواجه العديد من التحديات الخطيرة في تأمين مادة كيميائية أكثر كفاءة واستدامة ، وإنتاج الطاقة. الحفز تلعب بالفعل دورا محوريا في هذه التكنولوجيات ، ولكن هناك حاجة ماسة إلى محفزات جديدة وغير مكلفة إذا ما أردنا لمواجهة التحديات العالمية. الميكروسكوب النفقي المسح (STM) هي فريدة من نوعها في الفضاء الحقيقي تقنية نظم نموذجية الحافز الذي يمكن أن تقدم رؤى جديدة في النظم الصناعية الحفازة تحديد المواقع النشطة ، وأهمية مواقع الخلل ، وآثار الدعم. نحن نقترب عصر حيث الحجم الذري الأساسية نظرة ثاقبة بنية السطح والتفاعل قد يؤدي إلى تصميم محفز متفوقة جديدة تعمل في ظل ظروف من الناحية الفنية ذات الصلة.

خطوة بخطوة ردود الفعل السطحية التحفيزي

لدينا عروض المثال الأول مع تصميم محفز إصلاح البخارية الجديدة. في حين أن الذهب والنيكل وإمتزاج في السائبة ، أستاذ Besenbacher و الدكتور Thostrup في مركز علم النانو التخصصات (iNANO اكتشفوا) ان اثنين من القيام به في شكل سبائك الواقع السطح. جنبا إلى جنب مع حقيقة أن تخميلها ني بسرعة ، عندما تستخدم كمحفز البخارية إصلاح ، من خلال تشكيل الجرافيت ، أستاذ Besenbacher و الدكتور Thostrup التحقيق في ما اذا كان الاتحاد الافريقي ، سطح سبيكة نيكل وأكثر مقاومة.

STM من الصور ذات الدقة العالية وكشف أن الاتحاد الافريقي ذرات سبائك النيكل في الطبقة السطحية التشويش على هيكل الالكترونية للذرات ني المجاورة ، بمعنى أن يتم تصوير ذرات ني مع ذرة مجاورة أكثر إشراقا من قبل الاتحاد الافريقي STM (انظر الشكل أدناه ). هذا له تأثير الدهشة خفض ميل من سطح ربط الكربون وشكل الجرافيت. من وحي هذه النتائج الأساسية لتجميع مساحة عالية ، ميغا غال ₂ O ₄ المدعومة من الاتحاد الافريقي ، ني البخارية إصلاح المحفز.

باعتبارها المثال الثاني ، أستاذ Besenbacher و الدكتور Thostrup حلها بنجاح رد فعل وسيطة في hydrodesulphurization (HDS) العملية التي استخدمت عمليا على المنتجات المشتقة من الاحتراق عن النفط الخام وكما هو عامل مهم جدا في مثل هذا التراجع من انبعاثات الكبريت. وكشفت الصور لدينا حل بالذرة غير معروف حتى الآن الالكترونية "الحافة" دولة ذات الطابع المعدني عند حواف نشطة حفاز nanoclusters ₂ موس. اتضح أن هذه الدولة حافة يضفي الخصائص الكيميائية غير العادية للكتل ₂ موس.

الشكل أدناه يوضح رد فعل وسيطة رابطة الدول المستقلة ، ولكن - 2 - ENE - thiolates (C ₄ H S - ₇₎ منسقة من خلال محطة ذرة الكبريت إلى حافة معدنية على شكل الهدرجة الجزئية للثيوفين (C ₄ H ₄ S). استنادا البصيرة المكتسبة من الدراسات التفصيلية STM جنبا إلى جنب مع العمليات الحسابية DFT النظرية ، متعاونين لدينا في Topsøe Haldor A / S تمكن مؤخرا لتجميع نوع جديد من المواد الحفازة HDS متفوقة ، والمعالجة الهيدروجينية حافة المواد الحفازة.

الثالث ، أستاذ Besenbacher و الدكتور Thostrup التعامل مع الحقائق من المستغرب أن نشاط الحفاز ناعما فرقت nanoparticles الاتحاد الافريقي على الروتيل تيو ₂ يدعم تفوق تلك التي تمر بمرحلة انتقالية من المواد الحفازة المعادن استخداما مثل حزب العمال ، والصحة الإنجابية ، والمشتريات. في الوقت الحاضر ، والمشكلة الأكثر خطورة المرتبطة nanocatalysts الاتحاد الافريقي على الاستقرار على المدى الطويل ، منذ متى والاتحاد الافريقي nanoclusters اللبيدة ، فإنها تعطيل.

من التفاعل بين STM والنتائج DFT ، أستاذ Besenbacher و الدكتور Thostrup كشفت أن الشواغر الأكسجين لا ، ولكن بدلا O الغنية واجهات الاتحاد الافريقي لدعم مهمة الاتحاد الافريقي لتحقيق الاستقرار في ظل ظروف nanoclusters تفاعل حقيقي. هذه النتائج تدل على أن الدولة أكسدة أكسيد دعم مهم للغاية ويمكن أن يشير أيضا إلى أن محيط nanoclusters الاتحاد الافريقي التي تحظى باهتمام خاص إلى ردود فعل الحفاز.

من خلال الأفلام STM الوقت ساقطا ، أستاذ Besenbacher و الدكتور Thostrup يمكن تصور nanoclusters الاتحاد الافريقي وتحليل السلوك الديناميكي للأنواع الكيميائية موجودة على سطح ₂ تيو. وهذا يعطي فرصة لتحقيق واحد من "الكؤوس المقدسة المقدسة" داخل المنطقة ، وهذا مباشرة "مراقبة" التفاعلات الكيميائية على المستوى الذري ، خطوة بخطوة ، كما يحدث. على سبيل المثال ، أستاذ Besenbacher و الدكتور Thostrup كشفت أن العيوب مثل الوظائف الشاغرة وinterstitials تي تلعب دورا رئيسيا في وقد تملي الأكسدة السطحية التي تلت ذلك والكيمياء ، مثل توفير التهمة الإلكترونية اللازمة لامتزاز O2 والتفكك.

انظر http://phys.au.dk/forskning/condensed-matter-physics/spm/stm-movies/azonano للأفلام STM تظهر ديناميات المياه بوساطة حركة الهيدروكسيل على تيو _2.

منافع للمجتمع

المحفزات الصناعية المعقدة هيكليا ودائما unamenable عموما الذرية النطاق مع تقنيات فحص السطح حساسة اليوم. في "نهج ارض العلم ما يسمى ب" ، ولذلك نلجأ إلى نظام مثالي مثل تلك المعروضة أعلاه. هذه التبسيطات الإجمالي على الرغم من أننا لا تزال تعمل التعاون البحثي المثمر مع شركائنا الصناعية.

للباحثين في مجال الصناعة والأوساط الأكاديمية على حد سواء ، الحقيقي الفضاء التصور في حد ذاته عاملا كبيرا ملهمة ، ولكن الكشف عن الظواهر الأساسية أو معلمات رد فعل حاسم مساعدتنا على نهج هدف تصميم المواد الحفازة الجديدة من المبادئ الأولى.

المراجع

F. Besenbacher آخرون ، العلوم 279 ، 1913-1914 (1998).
JV Lauritsen آخرون ، J. Catal. 224 ، 94-106 (2004).
H. Topsøe آخرون ، Catal. اليوم 107-08 ، 12-22 (2005).
JV Lauritsen وآخرون ، الطبيعة Nanotechnol. 2 ، 53 (2007)
دال ماثي وآخرون ، العلوم 315 ، 1692-1696 (2007).
S. يندت وآخرون ، العلوم 320 ، 1755 (2008).
J. Matthiesen آخرون ، الرابطة نانو 3 ، 517 (2009).
F. Besenbacher آخرون ، الأمواج. اصابات النخاع الشوكي. 603 ، 1325 (2009).

حقوق الطبع والنشر AZoNano.com ، أستاذ Besenbacher فليمنغ ، والدكتور بيتر Thostrup (النانو مركز التخصصات (iNANO) ، جامعة آرهوس)