Nanocatalytical मॉडल सिस्टम की गतिशीलता

दुनिया के और अधिक कुशल और टिकाऊ रासायनिक और ऊर्जा उत्पादन हासिल करने में गंभीर चुनौतियों की एक किस्म का सामना करना पड़ रहा है. कटैलिसीस पहले से ही इस तरह की तकनीकों में एक केंद्रीय भूमिका निभाता है, लेकिन उपन्यास और सस्ती उत्प्रेरक तत्काल अगर हम वैश्विक चुनौतियों का सामना कर रहे हैं आवश्यक हैं. स्कैनिंग टनलिंग सूक्ष्मदर्शी (एसटीएम) उत्प्रेरक मॉडल प्रणाली की एक अद्वितीय वास्तविक अंतरिक्ष तकनीक है कि औद्योगिक उत्प्रेरक सक्रिय साइटों, दोष साइटों के महत्व को, और समर्थन के प्रभाव की पहचान प्रणाली में नए अंतर्दृष्टि प्रदान कर सकते है. हम एक युग है जहां सतह की संरचना और जेट में मौलिक परमाणु पैमाने पर अंतर्दृष्टि एक नई बेहतर तकनीकी रूप से प्रासंगिक शर्तों के तहत सक्रिय उत्प्रेरक के डिजाइन के लिए नेतृत्व कर सकते हैं आ रहे हैं.

कदम दर कदम भूतल उत्प्रेरक प्रतिक्रियाओं

हमारे एक नई उत्प्रेरक भाप सुधार डिजाइन के साथ पहला उदाहरण सौदों. जबकि सोने और निकिल थोक में अमिश्रणीय हैं, प्रोफेसर Besenbacher और डॉ. Thostrup पर अंतःविषय नेनौसाइंस केंद्र (iNANO ) की खोज की है कि दो तथ्य के फार्म का सतह मिश्र धातु में. तथ्य यह है कि नी, जब एक उत्प्रेरक भाप सुधार के रूप में इस्तेमाल किया, जल्दी ग्रेफाइट गठन द्वारा passivated है साथ साथ में ले ली प्रोफेसर Besenbacher और डॉ. Thostrup जांच की कि क्या सतह Au नी मिश्र धातु और अधिक प्रतिरोधी है.

यह उच्च संकल्प एसटीएम छवियों से पता चला था कि Au नी सतह परत पास नी परमाणुओं के इलेक्ट्रॉनिक अर्थ में, संरचना उपद्रव में alloyed परमाणुओं कि एक पड़ोसी Au परमाणु के साथ नी परमाणुओं एसटीएम द्वारा उज्जवल imaged हैं (नीचे आंकड़ा देखें ). यह सतह कार्बन और ग्रेफाइट के फार्म बाइंड करने की प्रवृत्ति कम करने के आश्चर्यजनक प्रभाव पड़ता है. इन मौलिक निष्कर्ष एक उच्च सतह क्षेत्र के संश्लेषण, MgAl _{2 4} समर्थित हे Au नी भाप सुधार उत्प्रेरक प्रेरित किया.

एक दूसरा उदाहरण के रूप में, प्रोफेसर Besenbacher और डॉ. Thostrup सफलतापूर्वक हल hydrodesulphurization में मध्यवर्ती प्रतिक्रिया (HDS) प्रक्रिया है, जो व्यावहारिक रूप से सभी दहन कच्चे तेल से प्राप्त उत्पादों पर कार्यरत है और सल्फर उत्सर्जन abating में इस तरह के एक बहुत ही महत्वपूर्ण कारक के रूप में है. हमारी atomically हल छवियों catalytically सक्रिय राज्यमंत्री ₂ nanoclusters के किनारों पर धातु चरित्र के साथ एक अब तक अज्ञात इलेक्ट्रॉनिक "कगार" राज्य से पता चला है. यह पता चला है कि इस कगार राज्य _{राज्यमंत्री} 2 समूहों के लिए असामान्य रासायनिक विशेषताओं प्रदान .

नीचे आंकड़ा प्रतिक्रिया से पता चलता है मध्यवर्ती सीआईएस लेकिन-2-ene thiolates ₍₄ सी ₇ एच एस) टर्मिनल सल्फर परमाणु के माध्यम से धातु thiophene के आंशिक हाइड्रोजनीकरण (सी ₄ एच एस ₄₎ पर गठित कगार करने के लिए समन्वित. के आधार पर अंतर्दृष्टि एसटीएम विस्तृत सैद्धांतिक DFT Haldor Topsøe ए / हाल ही में प्रबंधित एस गणना हमारे सहयोगियों के साथ संयुक्त बेहतर HDS उत्प्रेरक के एक नए प्रकार, उत्प्रेरक hydrotreating सीमा synthesize अध्ययन से प्राप्त की.

तीसरा, प्रोफेसर Besenbacher और डॉ. Thostrup आश्चर्य की बात लग रहा है कि उत्प्रेरक गतिविधि के पतले रूटाइल Au नैनोकणों _{छितरी} TiO 2 का समर्थन करता है सामान्य रूप से उपयोग किए जाने वाले पंडित, आरएच, और पी.डी. जैसे संक्रमण धातु उत्प्रेरक के उन से अधिक के साथ निपटा. वर्तमान में, सबसे गंभीर समस्या Au nanocatalysts के साथ जुड़े उनके दीर्घकालिक स्थिरता के बाद से, जब Au nanoclusters सिंटर, वे निष्क्रिय है.

एसटीएम और DFT के परिणाम, के बीच परस्पर क्रिया से प्रोफेसर Besenbacher और डॉ. Thostrup से पता चला है कि रिक्तियों, ऑक्सीजन नहीं बल्कि हे अमीर Au समर्थन इंटरफेस वास्तविक स्थितियों की प्रतिक्रिया के तहत Au nanoclusters को स्थिर करने के लिए महत्वपूर्ण हैं. ये परिणाम दिखाते हैं कि समर्थन ऑक्साइड के ऑक्सीकरण राज्य अत्यधिक प्रासंगिक है और यह भी संकेत मिलता है कि Au nanoclusters का परिधि उत्प्रेरक प्रतिक्रियाओं के लिए विशेष ब्याज की हो सकता है.

समय व्यपगत एसटीएम फिल्में, मतलब प्रोफेसर Besenbacher और डॉ. Thostrup Au nanoclusters कल्पना और TiO ₂ सतह पर मौजूद रासायनिक प्रजातियों के गतिशील व्यवहार को हल कर सकते हैं . यह एक क्षेत्र के भीतर "पवित्र Grails" साकार करने के अवसर देता है, जो सीधे परमाणु पैमाने पर, कदम दर कदम पर रासायनिक प्रतिक्रियाओं "घड़ी", के रूप में वे हुआ. उदाहरण के लिए, प्रोफेसर Besenbacher और डॉ. Thostrup से पता चला है कि रिक्तियों और तिवारी interstitials जैसे दोषों में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं और इलेक्ट्रॉनिक O2 सोखना और पृथक्करण के लिए आवश्यक प्रभारी उपलब्ध कराने के रूप में आगामी सतह ऑक्सीकरण रसायन शास्त्र, हुक्म हो सकता है.

देखें http://phys.au.dk/forskning/condensed-matter-physics/spm/stm-movies/azonano एसटीएम TiO ₂ पर पानी की मध्यस्थता हाइड्रॉक्सिल आंदोलन की गतिशीलता दिखा फिल्मों के लिए.

सोसाइटी के लिए लाभ

औद्योगिक उत्प्रेरक बेबदलता structurally जटिल और आम तौर पर आज की सतह के प्रति संवेदनशील तकनीक के साथ परमाणु पैमाने पर जांच के अप्रतिकार हैं. तथाकथित "सतह विज्ञान दृष्टिकोण" में, इसलिए हम जैसे ऊपर प्रस्तुत उन idealized प्रणाली का सहारा. इन सकल सरलीकरण के बावजूद, हम अभी भी हमारे औद्योगिक भागीदारों के साथ उपयोगी अनुसंधान सहयोग चला.

उद्योग और शिक्षा के क्षेत्र में शोधकर्ताओं के लिए एक जैसे, अपने आप में वास्तविक अंतरिक्ष दृश्य एक महान प्रेरणादायक कारक है, लेकिन मौलिक घटना या गंभीर प्रतिक्रिया मापदंडों की व्याख्या मदद हमें पहले सिद्धांतों से नए उत्प्रेरक डिजाइन के लक्ष्य दृष्टिकोण.

सन्दर्भ

एफ Besenbacher एट अल, विज्ञान 279, 1913-1914 (1998).
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एफ Besenbacher एट अल, सर्फ. विज्ञान. 603, +१,३२५ (2009).

कॉपीराइट AZoNano.com प्रोफेसर फ्लेमिंग Besenbacher और डॉ. पीटर Thostrup (अंतःविषय नेनौसाइंस केंद्र (iNANO), आरहूस विश्वविद्यालय)