Понимание реакций на наноуровне поможет в создании катализаторов
Москва, 12:18, 07 Ноя 2019, редакция FTimes.ru, автор Евгения Ковалева.
Ученые из Университета штата Джорджия разгадали одну из тайн каталитических реакций микроскопического масштаба. Это позволит разработать более эффективные промышленные процессы.
Исследователи использовали новую стратегию визуализации, позволяющую отслеживать движение отдельных молекул сквозь поры оболочек кремниевых сфер и реакционную динамику в их ядрах, сообщает phys.org. Так команда впервые количественно измерила, как сдерживание на наноуровне ускоряет процесс.
Понимание явления поможет разработать более эффективные промышленные катализаторы, сохраняющие энергию.
Выводы исследования представлены в Nature Communications.
«Желая получить определенный продукт, вы выбираете из разных пористых материалов. Теперь мы знаем, какой обеспечит лучшее преобразование при максимальной скорости», — сказал адъюнкт-профессор Нинг Фанг.
Ранее изучение каталитических реакций ограничивалось теоретическими и вычислительными моделями. Система визуализации отдельных молекул, разработанная Бином Донгом и описанная в Nature Catalysis, впервые позволила увидеть и измерить процессы на многослойных пористых сферах. Последние были разработаны в Университете штата Айова.
Молекулам реактанта должны направлять себя, чтобы пройти сквозь нанопоры похожего диаметра. Когда кончик вещества касается активного ядра, сразу начинается первая стадия реакции. Полученный промежуточный продукт застревает в нанопоре, пока протекают оставшиеся 3 этапа.
Вопреки стандартной теории, такой барьер ускоряет процесс. Хотя молекулярное движение сдерживается пористой оболочкой, реакция протекает быстрее.
«Каталитическая активность ядра усиливалась при использовании более длинных, узких нанопористых структур. Положительный эффект сохранялся, пока не компенсировался перекрытием молекулярного движения», — сказал Фанг.
Проект может сильно повлиять на промышленность. Ежегодно для превращения этана и пропана в алкены используется количество катализатора, эквивалентное 500 млн баррелей бензина. Использование более эффективных триггеров сэкономит энергию.
