Nanocatalytical 模型系統動力

Flemming Besenbacher 教授彼得 Thostrup學科 Nanoscience 中心 (iNANO)奧爾胡斯大學博士
對應的作者: fbe@inano.dk

這個世界面對在獲取更加高效和更加能承受的化學製品和發電的各種各樣嚴重的挑戰。 催化在這樣技術已經扮演一個主角,但是緊急需要新穎和耗費小的催化劑我們是否将接受全球挑戰。 瀏覽的挖洞顯微學 (STM)是的催化劑模型系統一個唯一實際空間技術可能提供新的答案到識別有效的站點的行業催化作用的系統,缺陷的重要性選址,并且技術支持影響。 我們處理根本基本縮放比例答案到表面結構和反應性裡可能導致運行在技術上相關情況下的一種新的優越催化劑設計的時代。

逐步表面催化作用的回應

我們的第一個示例處理一種新的蒸汽改革的催化劑的設計。 當金子和鎳是不溶的在批量項目貨簽時, Besenbacher 教授Thostrup 博士學科 Nanoscience 中心 (iNANO) 發現二實際上形成表面合金。 採取與這個情況一起 Ni,當使用作為一種蒸汽改革的催化劑,由石墨形成迅速鈍化, Besenbacher 教授Thostrup 博士調查澳大利亞 Ni 表面合金是否更加有抵抗性。

從高分辨率 STM 圖像顯示澳大利亞原子被熔合到 Ni 表層心緒不寧附近的 Ni 原子的電子結構,也就是說與一個相鄰的澳大利亞原子的 Ni 原子是印象更加明亮的由 STM (參見下面圖)。 這有降低表面的傾向的驚奇的作用束縛碳和表單石墨。 這些根本發現啟發了高表面, MgAlO 支持的澳大利亞 Ni 的綜合24蒸汽改革的催化劑。

作為第二個示例, Besenbacher 教授Thostrup 博士在氫化脫硫作用進程中順利地解決了一件回應 (HDS)半成品,在實際上從原油派生的所有燃燒產品被使用并且是作為在消退的硫磺放射的這樣一個非常重要因素。 我們的基本解決的圖像顯示了與金屬字符的一個至此未知的電子 「邊緣」狀態在催化作用上有效的 MoS nanoclusters 邊緣2 。 它結果此邊緣狀態給予異常的化工特性對 MoS2 字符串。

下面這個的圖顯示這種回應通過最終硫磺47原子 (CHS-) 被協調半成品同邊但是 2 enethiolates 對金屬邊緣被形成在噻吩 (CHS) 的部分加氫44。 基於從 STM 研究瞭解結合與詳細理論上的 DFT 計算,我們的合作者在 Haldor Topsøe A/S 最近設法綜合優越 HDS 催化劑,邊緣加氫處理催化劑的一個新類型。

第三, Besenbacher 教授Thostrup 博士涉及驚奇發現在金紅石 TiO 技術支持的細致被分散的澳大利亞 nanoparticles 的催化作用2 超出那些常用的轉移金屬催化劑例如 Pt、 Rh 和 Pd。 當前,這個嚴重的問題與澳大利亞 nanocatalysts 相關是他們的長期穩定性,從什麼時候澳大利亞 nanoclusters 銲接,他們停用。

從在 STM 和 DFT 結果之間的互相作用, Besenbacher 教授Thostrup 博士表示不是氧氣閑置,但是相當 O 豐富的澳大利亞技術支持界面是重要在實際回應情況下穩定澳大利亞 nanoclusters。 這些結果向顯示這種支持的氧化物的氧化態是高度相關的,并且可能也表明澳大利亞 nanoclusters 的外圍是特殊利益對催化反應。

通過定期下降的 STM 電影, Besenbacher 教授Thostrup 博士能形象化澳大利亞 nanoclusters 和解決這個化工種類的動態特性在 TiO2 表面。 因為他們發生,這提供機會認識到其中一 「聖杯」在區,那內是為了 「直接注意」化學反應在這個基本縮放比例,逐步。 例如, Besenbacher 教授Thostrup 博士表示缺陷例如閑置和鈦間隙植物扮演一個關鍵角色并且可能指明接著而來的表面氧化作用化學,例如提供對於 O2 吸附和離解是必需的電荷。

為顯示水斡旋的羥基移動的動力在 TiO 的 STM 電影參見 http://phys.au.dk/forskning/condensed-matter-physics/spm/stm-movies/azonano2

對社團的福利

行業催化劑結構上不變地是複雜和一般 unamenable 基本縮放比例察視與今天表面敏感的技術。 因此在所謂的 「表面科學途徑」,我們採取理想化系統例如出席的那些以上。 這些總簡單化仍然,我們仍然運行與我們的行業合作夥伴的卓有成效的研究協作。

对行業和學術界的研究員,實際空間形象化本身是一個巨大激動人心的系數,但是根本現象的說明或重要回應參數幫助我們處理設計從基本原理的新的催化劑的目標。


參考

F. Besenbacher 等,科學 279, 1913-1914 (1998)。
J.V. Lauritsen 等, J. Catal。 224, 94-106 (2004)。
H. Topsøe 等, Catal。 今天 107-08, 12-22 (2005)。
J.V. Lauritsen 等,本質 Nanotechnol。 2, 53 (2007)
D. Matthey 等,科學 315, 1692-1696 (2007)。
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J. Matthiesen 等, ACS 納諾 3, 517 (2009)。
F. Besenbacher 等,海浪。 Sci。 603, 1325 (2009)。

複製權 AZoNano.com、 Flemming Besenbacher 教授和彼得 Thostrup (學科 Nanoscience 中心 (iNANO),奧爾胡斯大學) 博士

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

Last Update: 13. June 2013 23:02

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