Dinámica de los Sistemas Modelo de Nanocatalytical

Profesor Flemming Besenbacher y el Dr. Peter Thostrup, Centro Interdisciplinario de Nanoscience (iNANO), Universidad de Aarhus
Autor Correspondiente: fbe@inano.dk

El mundo está haciendo frente a una variedad de retos serios en la sujeción de una substancia química y de una producción energética más eficientes y más sostenibles. La Catálisis desempeña ya un papel fundamental en tales tecnologías, pero los catalizadores nuevos y baratos se requieren urgente si debemos hacer frente a los retos globales. La Microscopia de Exploración el Hacer Un Túnel (STM) es una técnica única del real-espacio de los sistemas modelo del catalizador que pueden proporcionar a nuevos discernimientos en los sistemas catalíticos industriales que determinan los sitios activos, la importancia del defecto sitúa, y el soporte efectúa. Nos estamos acercando a una era donde los discernimientos fundamentales de la atómico-escala en la estructura y la reactividad superficiales pueden llevar al diseño de un nuevo catalizador superior operatorio bajo condiciones técnico relevantes.

Reacciones Superficie-Catalíticas graduales

Nuestro primer ejemplo se ocupa del diseño de un nuevo catalizador vapor-que se reforma. Mientras Que el oro y el níquel son inmiscibles en el bulto, Profesor Besenbacher y el Dr. Thostrup en el Centro Interdisciplinario de Nanoscience (iNANO) han descubierto que los dos de hecho forman una aleación superficial. Tomado así como el hecho de que el Ni, cuando está utilizado como catalizador vapor-que se reforma, es apaciguado rápidamente por la formación del grafito, Profesor Besenbacher y el Dr. Thostrup investigaron si la aleación de la superficie Au-Ni es más resistente.

De las imágenes de alta resolución de STM fue revelado que los átomos del Au aleados en la capa superficial del Ni perturban la estructura electrónica de los átomos próximos del Ni, en el sentido que los átomos del Ni con un átomo vecino del Au son más brillantes reflejado por STM (véase la figura abajo). Esto tiene el efecto asombrosamente de bajar la tendencia de la superficie de atar el carbón y el grafito del formulario. Estas conclusión fundamentales inspiraron la síntesis de una alta superficie, catalizador24 vapor-que se reformaba MgAlO-utilizado Au-Ni.

Como un segundo ejemplo, Profesor Besenbacher y Dr. Thostrup con éxito resuelto un intermedio de la reacción en el proceso (HDS) de la hidrodesulfuración, que se emplea en prácticamente todos los productos de la combustión derivó del petróleo crudo y está como factor tan muy importante en emisiones del azufre que reducían el temple. Nuestras imágenes atómico resueltas revelaron un estado electrónico hasta ahora desconocido del “borde” con el carácter metálico en los bordes de los nanoclusters catalítico activos2 del MOS. Resulta que este estado del borde comunica características químicas inusuales a los atados2 del MOS.

La figura abajo muestra a reacción cis-but-2-ene-thiolates intermedio (CHS-47) coordinado a través del átomo terminal del azufre al borde metálico formado sobre la hidrogenación parcial del tiofeno (CHS44). De Acuerdo con el discernimiento ganado de los estudios de STM combinados con cálculos teóricos detallados de DFT, nuestros colaboradores en Haldor Topsøe A/S manejaron recientemente sintetizar un nuevo tipo de catalizadores superiores de HDS, los catalizadores del hidrotratamiento del BORDE.

Tercero, Profesor Besenbacher y el Dr. Thostrup tratado del asombrosamente encontrando que la actividad catalítica de los nanoparticles fino dispersos del Au en los soportes de TiO2 del rutilo excede los de los catalizadores de uso general del transición-metal tales como Pinta, Derecho, y Paladio. Actualmente, la mayoría del problema grave asociado a los nanocatalysts del Au es su estabilidad a largo plazo, desde entonces cuando los nanoclusters del Au sinterizan, ellos desactiva.

De la interacción entre los resultados de STM y de DFT, Profesor Besenbacher y el Dr. Thostrup han revelado que no las vacantes del oxígeno, pero los interfaces bastante O-Ricos del Au-Soporte son importantes estabilizar nanoclusters del Au bajo condiciones reales de la reacción. Estos resultados muestran que el estado de oxidación del óxido que utiliza es altamente relevante y puede también indicar que el perímetro de los nanoclusters del Au está de interés especial a las reacciones catalíticas.

Mediante las películas tiempo-intervalo de STM, Profesor Besenbacher y el Dr. Thostrup pueden visualizar los nanoclusters del Au y resolver el comportamiento dinámico de la especie química presente en la superficie2 de TiO. Esto da la oportunidad de realizar uno de los “Santos Griales” dentro del área, de que es “mirar directamente” reacciones químicas en la escala atómica, gradual, pues suceso. Por ejemplo, Profesor Besenbacher y el Dr. Thostrup han revelado que los defectos tales como vacantes e intersticiales del Ti desempeñan un papel dominante hacia adentro y pueden dictar la química superficial de seguimiento de la oxidación, tal como proporcionar a la carga electrónica requerida para la adsorción O2 y la disociación.

Vea http://phys.au.dk/forskning/condensed-matter-physics/spm/stm-movies/azonano para las películas de STM que muestran la dinámica del movimiento agua-mediado del oxhidrilo en TiO2.

Ventajas a la Sociedad

Los catalizadores Industriales son invariable estructural complejo y escrutinio generalmente unamenable de la atómico-escala con técnicas superficie-sensibles de hoy. En la supuesta “aproximación de la superficie-ciencia”, por lo tanto recurrimos al sistema idealizado tal como ésos presentados arriba. A pesar Estas simplificaciones gruesas, todavía funcionamos con colaboraciones fructuosas de la investigación con nuestros socios industriales.

A los investigadores en industria y academia igualmente, la visualización del real-espacio en sí mismo es un gran factor inspirado, pero la aclaración de fenómenos fundamentales o los parámetros críticos de la reacción nos ayuda a acercarnos a la meta de diseñar los nuevos catalizadores a partir de los primera principios.


Referencias

F. Besenbacher y otros, Ciencia 279, 1913-1914 (1998).
J.V. Lauritsen y otros, J. Catal. 224, 94-106 (2004).
H. Topsøe y otros, Catal. Hoy 107-08, 12-22 (2005).
J.V. Lauritsen y otros, Naturaleza Nanotechnol. 2, 53 (2007)
D. Matthey y otros, Ciencia 315, 1692-1696 (2007).
S. Wendt y otros, Ciencia 320, 1755 (2008).
J. Matthiesen y otros, ACS 3 Nanos, 517 (2009).
F. Besenbacher y otros, Resaca. Sci. 603, 1325 (2009).

Copyright AZoNano.com, Profesor Flemming Besenbacher y al Dr. Peter Thostrup (Centro Interdisciplinario de Nanoscience (iNANO), la Universidad de Aarhus)

Date Added: Oct 13, 2009 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 13. June 2013 23:42

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