There is 1 related live offer.

Save 25% on magneTherm

Dynamica van ModelSystemen Nanocatalytical

Professor Flemming Besenbacher en Dr. Peter Thostrup, Interdisciplinair Centrum Nanoscience (iNANO), de Universiteit van Aarhus
Overeenkomstige auteur: fbe@inano.dk

De wereld staat voor een verscheidenheid van ernstige uitdagingen in het beveiligen van efficiëntere en duurzame chemisch product en energieproductie. De Katalyse speelt reeds een centrale rol in dergelijke technologieën, maar de nieuwe en goedkope katalysators worden dringend vereist als wij de globale uitdagingen moeten ontmoeten. De Aftastende het Een Tunnel Graven Microscopie (STM) is een unieke echt-ruimtetechniek van katalysator modelsystemen die kunnen nieuw inzicht in industriële katalytische systemen verstrekken die de actieve plaatsen, het belang identificeren van tekortplaatsen, en steungevolgen. Wij naderen een era waar het fundamentele atoom-schaalinzicht in oppervlaktestructuur en reactiviteit kan tot het ontwerp van een nieuwe superieure katalysator leiden die in de technisch relevante omstandigheden opereren.

geleidelijke oppervlakte-Katalytische Reacties

Ons eerste voorbeeld behandelt het ontwerp van een nieuwe stoom-hervormende katalysator. Terwijl het goud en het nikkel in de massa onvermengbaar zijn, hebben Professor Besenbacher en Dr. Thostrup op het Interdisciplinaire Centrum Nanoscience (iNANO) ontdekt dat twee in feite een oppervlaktelegering vormen. Genomen samen met het feit dat Ni, wanneer gebruikt als stoom-hervormende katalysator, snel door grafietvorming wordt gepassiveerd, onderzochten Professor Besenbacher en Dr. Thostrup of de Au-Ni oppervlaktelegering meer bestand is.

Van high-resolution beelden dat van STM openbaarde men dat de atomen van Au in de de oppervlaktelaag van Ni de elektronische structuur van de nabijgelegen atomen van Ni, in de betekenis worden gelegeerd verstoren dat de atomen van Ni met een naburig atoom van Au imaged helderder zijn door STM (zie hieronder figuur). Dit heeft het verrassende effect van het verminderen van de tendens van de oppervlakte om koolstof en vormgrafiet te binden. Deze fundamentele bevindingen inspireerden de synthese van een hoge oppervlakte, mgAlO-Gesteunde24 stoom-hervormende Au-Ni katalysator.

Als tweede voorbeeld, losten Professor Besenbacher en Dr. Thostrup met succes een reactietussenpersoon in het hydrodesulphurization (HDS) proces op, dat op praktisch alle verbrandingsproducten voortkwam uit ruwe olie en is als zulk een zeer belangrijke factor in verminderende zwavelemissies aangewend is. Onze atomically vastbesloten beelden openbaarden een tot nu toe onbekende elektronische „rand“ staat met metaalkarakter bij de randen van katalytisch actieve MoS2 nanoclusters. Het blijkt dat deze randstaat ongebruikelijke chemische kenmerken aan de MoS clusters2 verleent.

De figuur toont hieronder de reactie midden GOS-maar-2-ONO (CHS-47) gecoördineerd door het eindzwavelatoom aan de metaaldierand op gedeeltelijke hydrogenering van thiophene (CHS)44 wordt gevormd. Gebaseerd die op inzicht van de studies van STM wordt bereikt met gedetailleerde theoretische berekeningen DFT worden gecombineerd, slaagden onze medewerkers in Haldor Topsøe A/S onlangs erin om een nieuw type van superieure HDS katalysators, de hydrotreating van de RAND samen te stellen katalysators.

Ten Derde, behandelden Professor Besenbacher en Dr. Thostrup het verrassen vindend dat de katalytische activiteit van fijn verspreid Au nanoparticles op de steunen van rutiel2 TiO die van algemeen gebruikte overgang-metaal katalysators zoals PT, Relatieve Vochtigheid, en Pd overschrijdt. Momenteel, is het ernstigste probleem verbonden aan Au nanocatalysts hun stabiliteit op lange termijn, sinds wanneer de nanoclusterssinter van Au, zij desactiveren.

Van interactie tussen STM en resultaten DFT, hebben Professor Besenbacher en Dr. Thostrup geopenbaard dat niet de zuurstofvacatures, maar eerder o-Rijke de Au-Steun interfaces belangrijk zijn om nanoclusters van Au in de echte reactieomstandigheden te stabiliseren. Deze resultaten tonen aan dat de oxydatiestaat van het ondersteunende oxyde hoogst relevant is en kan ook erop wijzen dat de perimeter van nanoclusters van Au van speciaal belang aan katalytische reacties is.

Door middel van de tijd-verstreken films van STM, kunnen Professor Besenbacher en Dr. Thostrup nanoclusters van Au visualiseren en het dynamische gedrag van de chemische species oplossen huidig op de oppervlakte2 TiO. Dit biedt de kans om één van „Heilige Grails“ binnen het gebied te realiseren, dat op chemische reacties bij de atoom geleidelijke schaal „moet direct letten“, aangezien zij gebeuren. Bijvoorbeeld, hebben Professor Besenbacher en Dr. Thostrup geopenbaard dat de tekorten zoals vacatures en interstitials van Ti binnen een belangrijke rol spelen en de volgende chemie kunnen dicteren van de oppervlakteoxydatie, zoals het verstrekken van de elektronische vereiste last voor de adsorptie en de scheiding van O2.

Zie http://phys.au.dk/forskning/condensed-matter-physics/spm/stm-movies/azonano voor de films die van STM de dynamica van water-bemiddelde hydroxylbeweging tonen op TiO2.

Voordelen aan de Maatschappij

De Industriële katalysators zijn complex en onveranderlijk structureel over het algemeen unamenable aan atoom-schaalnauwkeurig onderzoek met surface-sensitive technieken van vandaag. In zogenaamde „de oppervlakte-wetenschap benadering“, nemen wij daarom tot geïdealiseerd systeem zoals hierboven voorgesteld die zijn toevlucht. Deze brutovereenvoudigingen niettegenstaande, stellen wij nog vruchtbare onderzoeksamenwerking met onze industriële partners in werking.

Aan onderzoekers in de industrie en academia gelijk, is de echt-ruimtevisualisatie op zichzelf een grote inspirational factor, maar de opheldering van fundamentele fenomenen of de kritieke reactieparameters helpen ons het doel naderen om nieuwe katalysators van eerste principes te ontwerpen.


Verwijzingen

F. Besenbacher et al., Wetenschap 279, 1913-1914 (1998).
J.V. Lauritsen et al., J. Catal. 224, 94-106 (2004).
H. Topsøe et al., Catal. Vandaag 107-08, 12-22 (2005).
J.V. Lauritsen et al., Aard Nanotechnol. 2, 53 (2007)
D. Matthey et al., Wetenschap 315, 1692-1696 (2007).
S. Wendt et al., Wetenschap 320, 1755 (2008).
J. Matthiesen et al., ACS Nano 3, 517 (2009).
F. Besenbacher et al., Branding. Sc.i. 603, 1325 (2009).

Copyright AZoNano.com, Professor Flemming Besenbacher en Dr. Peter Thostrup (Interdisciplinair Centrum Nanoscience (iNANO), de Universiteit van Aarhus)

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

Last Update: 13. June 2013 23:06

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this article?

Leave your feedback
Submit