Nanocatalytical のモデルシステムの原動力

Flemming Besenbacher 教授およびピーター ThostrupNanoscience の学際的な中心 (iNANO)オルフス大学先生
対応する著者: fbe@inano.dk

世界はより効率的な、より支持できる化学薬品およびエネルギー生産の保護のいろいろ深刻な挑戦に直面しています。 触媒作用は既にそのような技術の中心的役割を担いますが、私達が全体的な挑戦を受けるべきなら新しく、安価な触媒は緊急に必要となります。 スキャンのトンネルを掘る顕微鏡検査は (STM)実行中のサイトを識別する産業触媒作用システムに新しい洞察力を提供できる触媒のモデルシステムの一義的な実質スペース技術欠陥の重要性土地を選定しますであり、サポートはもたらします。 私達は表面の構造および反応への基本的な原子スケールの洞察力が技術的に関連した条件の下で動作する新しく優秀な触媒のデザインの原因となるかもしれない時代に近づいています。

段階的な表面触媒作用の反作用

私達の最初例は新しい蒸気改良の触媒のデザインを取扱います。 実際は金およびニッケルが大きさで混合しにくい間、 Besenbacher 2 つが表面の合金を形作ることを教授および Thostrup Nanoscience の学際的な中心 (iNANO) の先生は検出しました。 Au NI 表面の合金がより抵抗力があるかどうか蒸気改良の触媒として使用されたとき、 NI がグラファイトの形成によってすぐに不動態化されるという事実とともに取られて、 Besenbacher 教授および Thostrup 先生は調査しました。

高解像 STM の画像から近隣の Au 原子が付いている NI 原子が STM によって視覚化されたより明るい (行うという意味で NI の表面層に合金になる Au 原子が近く NI 原子の電子構造を混乱させることが明らかにされました、次図を見て下さい)。 これは表面の傾向を下げる意外な効果をカーボンおよび形式のグラファイトを結合するもたらします。 これらの基本的な調査結果は高い表面積、 MgAlO サポートされた Au NI 蒸気改良の触媒の24統合を促しました。

第 2 例として、 Besenbacher 教授および Thostrup 先生は正常に原油から得られる事実上すべての (HDS)燃焼の製品で用いられ、減少の硫黄の放出の非常に非常に重要な要因としてある hydrodesulphurization プロセスの反作用の中間物を解決しました。 私達の原子的に解決する画像は触媒に関して実行中 MoS の nanoclusters の端で金属文字が付いている今までは未知の電子 「縁」の状態を2 明らかにしました。 それはこの縁の状態が MoS クラスタに珍しい化学特性を与えること2 なります。

図は下の反作用にチオフェン (CHS) の47部分的な水素化に形作られる金属縁にターミナル硫黄原子を通して調整される中間シス形しかし 2 enethiolates (CHS-)44 示します。 Haldor Topsøe A/S で詳しく理論的な DFT の計算と、私達の共作者は結合された STM の調査から得られた洞察力に基づいて最近優秀な HDS の触媒、縁の hydrotreating の触媒の新型を総合することをどうにかして。

3 番目に、 Besenbacher 意外のを取扱われる教授および Thostrup 先生ルチルの TiO サポートの精巧に分散させた Au の nanoparticles の触媒作用作業が Pt2 、 RH および Pd のような広く使われた転移金属の触媒のそれらを超過することが分ります。 現在、 Au の nanocatalysts と関連付けられる深刻な問題は Au の nanoclusters が焼結する時から長期にわたる安定性、それら非活動化しますです。

STM および DFT の結果間の相互作用から、 Besenbacher ない酸素の空室、幾分 O が豊富な Au サポートインターフェイスが実質の反作用の条件の下で Au の nanoclusters を安定させて重要であるがことを教授および Thostrup 先生は明らかにしました。 これらの結果はサポートの酸化物の酸化数が非常に関連して、また Au の nanoclusters の境界が触媒反応に特別な興味であることを示すかもしれないことを示します。

タイム経過した STM 映画によって、 Besenbacher 教授および Thostrup 先生は Au の nanoclusters を視覚化し、 TiO の表面の化学種の動的挙動を解決2 できます。 これは起こるので領域、それ内の 「聖杯」の 1 つの実現の機会を直接化学反応を 「見ること段階的な原子スケールで」です与えます。 例えば空室およびチタニウムの interstitials のような欠陥が重要な役割を担い、続く表面の酸化化学を定めるかもしれないことを、 Besenbacher 教授および Thostrup 先生は O2 吸着および分離に必要な電子電荷の提供のような明らかにしました。

TiO の水仲介されたヒドロキシルの動きの原動力を示す STM 映画については http://phys.au.dk/forskning/condensed-matter-physics/spm/stm-movies/azonano を見て下さい2

社会への利点

産業触媒は必ず構造的に今日の表面に敏感な技術の複合体そして一般に unamenable 原子スケールの精査です。 従っていわゆる 「表面科学アプローチでは」の、私達は上で示されるそれらのような理想化システムに依頼します。 これらの総体の簡素化にもかかわらず、私達はまだ私達の産業パートナーとの有益な研究の共同を実行します。

同様の企業および学究的な世界の研究者に、実質スペース視覚化はそれ自体大きく心に強く訴えるような要因ですが、基本的な現象の説明か重大な反作用パラメータは私達が原則からの新しい触媒の設計の目的に近づくのを助けます。


参照

F. 等 Besenbacher、科学 279 1913-1914 年 (1998 年)。
等 J.V. Lauritsen、 J. Catal。 224、 94-106 (2004 年)。
H. 等 Topsøe、 Catal。 今日 107-08、 12-22 (2005 年)。
等 J.V. Lauritsen、性質 Nanotechnol。 2、 53 (2007 年)
D. 等 Matthey、科学 315 1692-1696 (2007 年)。
S. 等 Wendt、科学 320 1755 (2008 年)。
J. 等 Matthiesen、 ACS Nano 3、 517 (2009 年)。
F. 等 Besenbacher、波。 Sci。 603 1325 (2009 年)。

著作権をとって下さい AZoNano.com、 Flemming Besenbacher 教授およびピーター Thostrup (Nanoscience の学際的な中心 (iNANO)、オルフス大学) 先生の

Date Added: Oct 13, 2009 | Updated: Jun 8, 2015

Last Update: 8. June 2015 12:33

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