Forskere udvikler en ny model for at låse guldets katalytiske kræfter op

Indtil 1985, guld blev bredt antaget at være kemisk inert. Men når forskere opdagede, at guldpartikler i nano-størrelse kan fungere som bemærkelsesværdige og selektive katalysatorer, en verden af ​​muligheder åbnede sig.

I dag, guld bruges i mange industrielle katalytiske processer, såsom fjernelse af kulilte fra udstødning ved lave temperaturer eller endda udskiftning af kviksølvbaserede katalysatorer ved fremstilling af PVC-plast-begge gode trin for miljøet. Imidlertid, guld er dyrt og sjældent.

Virginia Tech-forskere sigter mod at maksimere effekten af ​​hvert atom af partiklerne uden at stole på tidskrævende forsøg og fejl. Dette langvarige problem kan have en løsning i den nærmeste fremtid, takket være det nyligt udgivne arbejde fra Hongliang Xin, en adjunkt i Institut for Kemiteknik i College of Engineering ved Virginia Tech, og Xianfeng Ma, en postdoc i Xins forskningsgruppe.

I en ny undersøgelse offentliggjort i peer-reviewed Fysisk gennemgangsbreve , Xin og Ma foreslår en ny model, der kan rationalisere reaktivitetstendenser for en række guldnanopartikler med forskellige størrelser, former, og kompositioner - betydning, modellen kan potentielt forudsige den helt rigtige formel for guldkatalysatorer for at opnå et ønsket resultat for en given kemisk reaktion.

Ifølge Xin, denne model viser, at s-elektroner, som ikke er permanent knyttet til nogen atomer som lokaliserede d-elektroner, styrer reaktiviteten af ​​overfladeatomer. Dette udfordrer den konventionelle visdom af standard d-band modellen, som er den teori, der i vid udstrækning bruges til at forklare katalytisk aktivitet.

"Denne model kan let forstås ved en analogi med balsaldans:hvis du danser med mange venner, der er attraktive for dig, du er mindre tilbøjelig til at interagere med fremmede, "Xin sagde." Det samme kan siges om katalysatoratomer, som vil være mere aktive over for reaktanter, hvis de ikke er omgivet af mange attraktive nærliggende atomer. "

Xins forskningsgruppe fokuserer på beregningsmodellering for energiløsninger, som hovedsageligt understøttes af Advanced Research Computing hos Virginia Tech.

"Med hensyn til beregningsmodellering, dette er utrolig vigtigt, fordi katalytiske processer er komplekse, og oplysningerne på den mindste længde og hurtigste tidsskala ikke er let tilgængelige med eksperimentelle teknikker, "Xin sagde." Vores arbejde og mange andre inden for området kan tilbyde unikke muligheder for at opdage og designe bedre katalysatorer gennem en forståelse af struktur-reaktivitetstendenser for modelkatalysatorer i computere. "

Fundet har betydelige praktiske anvendelser, især inden for kemisk industri og vedvarende energiteknologier. På grund af modellens generelle karakter, det kan tilpasses til brug sammen med andre katalytiske materialer, såsom nikkel, platin, og palladium, som almindeligvis anvendes i industrielle katalytiske processer.