Спецтемы

Ученых больше не устраивает традиционное объяснение высвобождения кислорода в присутствии катализатора

Высвобождение кислорода фото

Химические реакции, которые высвобождают кислород в присутствии катализатора, являются важной частью химических процессов хранения энергии, в том числе расщепления воды, электрохимического восстановления углекислого газа и производства аммиака. Кинетика этого типа реакций, как правило, медленная, но соединения, называемые оксидами металлов, могут иметь каталитическую деятельность. Физическое происхождение этой наблюдаемой каталитической активности пока было недостаточно понятно.

Теперь, ученые из Массачусетского технологического института показали, что в некоторых из этих катализаторах кислород не только берется из молекул воды, окружающих материал катализатора. Некоторые из них возникают в кристаллической решетке самого каталитического материала.

Исследование было направлено на изучение того, как молекулы воды расщепляются для создания молекул кислорода и какие факторы ограничивают скорость реакции, чтобы определить, какие узкие места могут быть в реакции.

Ученые использовали специальную «меченую» форму кислорода, изотопы кислорода-18, которые составляют лишь малую долю кислорода в обычной воде.

При проверке с помощью масс-спектрометра выхода кислорода по реакции, они показали, что было выпущено значительное количество кислорода-18, который не может быть учтен на поверхности.

С этим знанием, и с подробными теоретическими расчетами, показывающими, как протекает реакция, исследователи утверждают, что они теперь могут изучить способы настройки электронной структуры этих металл-оксидных материалов, чтобы увеличить скорость реакции.

Количество кислорода, вносимого катализатором, значительно варьируется в зависимости от точной химической и электронной структуры катализатора, обнаружили исследователи. Окислы различных ионов металлов на структуру перовскита показали большее или меньшее влияние, а то и вообще никакого.

Возник неожиданный вывод, что изменение кислотности или щелочности воды имеет большое значение для кинетики реакции. Повышение уровня рН воды усиливает скорость выделения кислорода в каталитический процесс.

Эти два ранее неизвестных эффекта, в виде участия сыпучего материала в реакции, и влияния рН на скорость реакции, которые показали оксиды с рекордно высокой каталитической активностью, не могут быть объяснены традиционным механизмом, используемым для объяснения кинетики реакции выделения кислорода. Ученые предлагают различные механизмы, чтобы учесть эти эффекты, что требует дальнейших экспериментальных и расчетных исследований.

Автор: Сергей Кузнецов


Комментарии к новости








Другие новости из этого раздела

Ученые определили количество пластикового мусора на Земле

20.07.2017

Американские эксперты подсчитали объем мусора из пластика, образованного в результате деятельности человека. Опасных отходов на планете накопилось уже около 8...

Учёные: «Хороших» генов для жизни до 100 лет недостаточно

20.07.2017

Американские генетики пришли к выводу, что наследственность - далеко не единственный фактор, определяющий срок жизни человека. Распространенное в обществе мнение...

В канадском музее обнаружен новый вид динозавра Albertavenator Curriei

17.07.2017

Ученые из Канады идентифицировали новый вид динозавра и назвали его в честь известного канадского палеонтолога доктора Филипа Дж. Карри -...

Последние новости







Материалы партнеров