Videnskab
 science >> Videnskab >  >> Kemi

Succesfuld syntese af nanomateriale, der forbedrer katalysatorens effektivitet

(Venstre mod højre) Dr. Md Shahriar Hossain, Prof Yusuke Yamauchi og Dr. Katy Wood ved Quokka-instrumentet. Kredit:Australian Nuclear Science and Technology Organisation (ANSTO)

Et stort internationalt samarbejde, som omfattede ANSTO, har med succes syntetiseret meget porøse rhodium-nanopartikler, der kunne bruges som en mere effektiv katalysator til køretøjer.

De mesoporøse rhodium nanopartikler, produceret ved hjælp af en blød skabelon og simpel løsningskemi, var termisk stabile op til 400°C og tre til fire gange mere effektive end normale katalysatorer.

Mesoporøse nanopartikler bruges som katalysatorer for at reducere forureningen fra køretøjers udstødning ved at omdanne giftige gasser og forurenende stoffer til mindre giftige forurenende stoffer.

Forskningen har potentiale til markant at reducere mængden af ​​forurening forårsaget af biler og lastbiler.

Studiet, ledet af Bo Jiang og professor Yusuke Yamauchi fra National Institute of Materials Science og Waseda University i Tokyo og University Wollongong, blev offentliggjort i dag i Naturkommunikation .

Professor Yamauchi sagde, at de porøse rhodiumnanopartikler kunne gøre en dramatisk forbedring af luftforureningen i byer rundt om i verden.

Small angle neutron scattering (SANS) blev udført på Quokka instrumentet ved Australian Center for Neutron Scattering af Dr. Katy Wood og Dr. Md Shahriar Hossain, Seniorforsker fra University of Wollongong, at karakterisere micellerne i opløsning i to trin af femtrinsprocessen.

Forskere fra Waseda University i Japan, Bilkent Universitet i Tyrkiet, og Bangabandhu Sheik Mujibur Rahaman Agricultural University i Bangladesh bidrog også til undersøgelsen.

Dyrkning af metaller i hårde skabeloner, såsom mesoporøs silica, tidligere var opnået, men der har været få rapporter om syntesen af ​​mesoporøse rhodiumkatalysatorer.

Kredit:Australian Nuclear Science and Technology Organisation (ANSTO)

Brugen af ​​en blød skabelon betragtes som en robust platform til at forberede forskellige typer metalliske nanopartikler og nanostrukturerede film med ensartet mesoporøs arkitektur,

Syntese ved kemisk reduktion

Fordi rhodium er karakteriseret ved stabil, tætpakkede atomer, det er mindre reaktivt kemisk under milde forhold.

Efterforskerne overvandt denne udfordring ved deres valg af polymerprecursor, reduktionsmiddel og blandingsopløsningsmiddel.

Polymeren, poly(ethylenoxid)-b-poly(methylmethacrylat (PEO-b-PMMA) selv-samlet til sfæriske miceller med tilsætning af vand.

Micellerne fungerer som en blød, men robust skabelon for mesoporøse nanostrukturer.

Når en opløsning af Na3RhCl6 blev tilsat, kompositmiceller blev dannet.

Efter at have gennemgået kernedannelse, de smeltede sammen og voksede til mesoporøse rhodium nanostrukturer, der kunne udvindes ved hjælp af et opløsningsmiddel.

Small-angle neutron scattering (SANS) mønstre af to typer polymere micelle opløsninger udført på Quokka instrumentet. Kredit:Australian Nuclear Science and Technology Organisation (ANSTO)

Karakterisering af micellerne

Fordi micellerne fungerer som skabelon for dannelsen af ​​nanopartiklerne, efterforskerne havde brug for fuldt ud at karakterisere dem i løsning.

"SANS var i stand til at bestemme størrelsen af ​​micellerne, som var cirka 20 nanometer, og bekræfte, at de var homogene, velformede kugler, " sagde Wood.

"Fordi polymermolekylet definerer porerne, det åbner mulighed for at ændre porestørrelse eller anden modifikation for at tune det endelige produkt, " sagde Wood.

Quokka-målinger indikerede også, at micellerne ikke ændrede form efter tilsætning af metalprecursoren, hvilket var en vigtig overvejelse.

Transmissionselektronmikroskopi blev også brugt til en visuel karakterisering af micellerne.

Røntgendiffraktion med lav vinkel gav detaljerede oplysninger om porerne; bekræftede, at åbningerne var ensartede i størrelse og tæt pakket og foreslog, at partiklerne var rent metalliske.

Røntgenfotoelektronspektroskopi bekræftede elektrontilstanden af ​​rhodiumoverfladen.

Efterforskerne fik også indsigt i den atomare mekanisme, der bidrog til dannelsen af ​​den mesoporøse struktur.

Ultraviolet-vis absorptionsspektroskopi antydede, at de opløste metalioner koordinerede til micelleoverfladen og drev kernedannelsen af ​​rhodiumpræcursoren.

Undersøgelsen viste, at nanopartiklerne bibeholdt deres form og struktur i temperaturer op til 400°C og ville fungere godt som katalysator for fjernelse af nitrogenoxid fra magert forbrændingsudstødning, der indeholder høje koncentrationer af O2.


Varme artikler