Dynamik av Nanocatalytical Modellerar System

Professorn Flemming Besenbacher och Dr. Peter Thostrup, Tvärvetenskapliga Nanoscience Centrerar (iNANO), den Aarhus Universitetar
Motsvarande författare: fbe@inano.dk

Världen vänder mot en variation av allvarliga utmaningar, i säkrande effektivare och mer hållbar kemiskt och av energiproduktion. Catalysisen leker redan en centralroll i sådan teknologier, men nya och billiga katalysatorer krävs urgently, om vi ska möta de globala utmaningarna. Att Avläsa Gräva Microscopy (STM) är en unik verklig-utrymme teknik av katalysatorn modellerar system, som kan ge nya inblickar in i industriella katalytiska system som identifierar aktivplatserna, betydelsen av hoppar av platser, och service verkställer. Vi att närma sig en era var grundatom--fjäll inblickar in i ytbehandlar strukturerar och reactivity kan leda till designen av en ny överlägsen katalysator som fungerar under tekniskt relevant villkorar.

steg-för-steg Ytbehandla-Katalytiska Reaktioner

Vårt första exempel handlar med designen av en ny ånga-omdanande katalysator. Guld- Stunder och mynt är immiscible i ien stora partier, Professorn Besenbacher, och Dr. Thostrup på den Tvärvetenskapliga Nanosciencen Centrerar (iNANO) har upptäckt att tvåna gör i faktum bildar en ytbehandla legerar. Taget samman med faktumet, att Ni, när det används som enomdanande katalysator, passivateds snabbt av grafitbildande, utforskade Professorn Besenbacher och Dr. Thostrup huruvida Au-Nien ytbehandlar legerar är mer resistent.

Från STM med hög upplösning avbildar den avslöjdes att Auatomsna som legeras in i Nien ytbehandlar lagrar perturb det elektroniskt strukturerar av de närliggande Ni-atomsna, i avkänningen att Ni-atomsna med en neighboring Auatom är avbildad ljusare vid STM (se för att figurera nedanfört). Detta har förvåna verkställa av att fälla ned tendensen av ytbehandla till rörakol och som bildar grafiten. Dessa grundrön inspirerade syntesen av en kick ytbehandlar område, denstöttade24 ånga-omdanande katalysatorn Au-Ni.

Som ett understödjaexempel löste Professorn Besenbacher och Dr. Thostrup lyckat en reaktionsintermediate i den processaa (HDS) hydrodesulphurizationen, som används på praktiskt alla förbränningprodukter som härledas från råolja och, är som ett sådan mycket viktigt dela upp i faktorer, i att minska sulphurutsläpp. Vårt som lösas atomically, avbildar avslöjde ett hitherto okänt elektroniskt ”brätte” som är statligt med det metalliska teckenet på, kantar av catalytically aktivMoS-2 nanoclusters. Det vänder ut att detta statliga brätte ger ovanliga kemiska kännetecken till MoSen2 samla i en klunga.

De nedanföra showsna för figurera reaktionen som mellanliggande cis-but-2-ene-thiolates (CHS-47) koordinerade till och med den slutliga svavelatomen till det metalliska brättet, bildade på partisk hydrogenation av thiophene (CHS44). Baserat på inblick nådde från STM-studierna som kombinerades med specificerade teoretiska DFT-beräkningar, våra kollaboratörer på Haldor Topsøe A/S som klarades av för en tid sedan för att synthesize en ny typ av överlägsna HDS-katalysatorer, BRÄTTEhydrotreatingkatalysatorerna.

Third övergång-belägger med metall Professorn Besenbacher och Dr. Thostrup som handlas med förvåna finna, att den katalytiska aktiviteten av fint skingrade Aunanoparticles på rutile2 TiO service överskrider de av gemensamt använt, katalysatorer liksom Halv Liter, Rh och Pd. I dagsläget är den mest allvarligt problem som är tillhörande med Aunanocatalysts, deras långsiktiga stabilitet, efter, när Aunanoclustersna sintrar, dem inaktiverar.

Från samspel mellan STM- och DFT-resultat har Professorn Besenbacher och Dr. Thostrup avslöjt att inte syrevakans, men snarlik Nolla-Rik Au-Service har kontakt är viktiga att stabilisera Aunanoclusters under verklig reaktion villkorar. Dessa resultat visar att oxidationen som är statlig av den understödja oxiden är högt relevant och kan också indikera att omkretsen av Aunanoclustersna är av specialintresse till katalytiska reaktioner.

Med hjälp av Time-förföll STM-filmer kan Professorn Besenbacher och Dr. Thostrup visualisera Aunanoclustersna, och att lösa det dynamiska uppförandet av den kemiska artgåvan på TiOen2 ytbehandla. Detta ger tillfället av realisering en av ”Heliga Graler” inom området, det är direkt de kemiska reaktionerna ”för klockan” på det atom- fjäll som är steg-för-steg, som de händer. För anföra som exempel, har Professorn Besenbacher och Dr. Thostrup avslöjt, som hoppar av liksom vakans, och Tiinterstitials leker en huvudroll in och kan diktatet följa ytbehandla oxidationkemi, liksom att ge den elektroniska laddningen som krävs för adsorption O2 och dissociation.

Se http://phys.au.dk/forskning/condensed-matter-physics/spm/stm-movies/azonano för STM-filmvisning dynamiken av bevattna-medlad hydroxylrörelse på TiO2.

Gynnar till Samhälle

Industriella katalysatorer är invariably structurally komplex och allmänt unamenable till atom--fjäll scrutinyen med dagens ytbehandla-känsliga tekniker. I denkallade ”ytbehandla-vetenskapen att närma sig”, oss tillgriper därför till det idealized systemet liksom de som över framläggas. Dessa tjänar simplifications, notwithstanding, vi stillar fruktbara forskningsamarbeten för körning med våra industriella partners.

Till forskare i den likadana bransch och den akademiska världen, är verklig-utrymme visualization i honom ett stort inspirera dela upp i faktorer, men förtydligandet av grundfenomen eller kritiska reaktionsparametrar hjälper oss att att närma sig målet av att planlägga nya katalysatorer från första principer.


Hänvisar till

F. Besenbacher o.a., Vetenskap 279, 1913-1914 (1998).
J.V. Lauritsen o.a., J. Catal. 224 94-106 (2004).
H. Topsøe o.a., Catal. 107-08 I Dag, 12-22 (2005).
J.V. Lauritsen o.a., Natur Nanotechnol. 2 53 (2007)
D. Matthey o.a., Vetenskap 315, 1692-1696 (2007).
S. Wendt o.a., Vetenskap 320, 1755 (2008).
J. Matthiesen o.a., ACS Nano 3, 517 (2009).
F. Besenbacher o.a., Bränning. Sci. 603 1325 (2009).

Ta Copyrightt på AZoNano.com, Professorn Flemming Besenbacher och Dr. Peter Thostrup (Tvärvetenskapliga Nanoscience Centrerar (iNANO), den Aarhus Universitetar),

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

Last Update: 13. June 2013 23:46

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