En metode til at konstruere krystaller med en stor brøkdel af reaktive facetter

Alsidige overbygninger sammensat af nanopartikler er for nylig blevet forberedt ved hjælp af forskellige demonteringsmetoder. Imidlertid, lidt viden er kendt om, hvordan den strukturelle adskillelse påvirker materialets katalytiske ydeevne. Scientia professor Rose Amal, Vice-kanslerens forskningsstipendiat Hamid Arandiyan og en gruppe fra Particles and Catalysis Research Group fra University of New South Wales (UNSW) School of Chemical Engineering har fået deres forskning behandlet dette problem offentliggjort i Naturkommunikation .

Forskerteamet ledet af dr. Jason Scott og prof. Sean Smith i samarbejde med Curtin University og Beijing University of Technology har udviklet en metode, der giver dem mulighed for at konstruere krystaller med en stor brøkdel af reaktive facetter. En bestilt mesostruktureret La0.6Sr0.4MnO3 (LSMO) perovskitkatalysator blev adskilt ved hjælp af en unik fragmenteringsstrategi, hvorved de nyligt eksponerede (001) reaktive flader ved hver brud var mere reaktive mod metanoxidation end den normale (dvs. før demontering)

Det er af væsentlig interesse at bruge metan som et alternativt brændstof til kul og olie på grund af dets høje brint- til kulstofforhold, der giver forholdsvis lavere drivhusgasemissioner. Kommercielle katalysatorer til metanforbrænding indeholder ædle metaller (f.eks. Pt og Pd), som er af høje omkostninger og ringe termisk stabilitet (forårsaget af agglomerering af metalaflejringer). Brug af katalysatorer af perovskit-type til at erstatte ædelmetalunderstøttede katalysatorer til metanoxidation har tiltrukket ny opmærksomhed på grund af deres fremragende termiske stabilitet. I deres nyligt publicerede artikel, forskergruppen beskriver en simpel fragmenteringsmetode til at syntetisere en ny tredimensionel hexapod mesostruktureret LSMO perovskit.

Om fragmentering af tredimensionelt bestilte makroporøse (3DOM) strukturer på en kontrolleret måde, via en proces, der er blevet sammenlignet med retrosyntese, hexapodformede byggeklodser med nyligt udsatte aktive krystalfacetter blev høstet. Kraftfulde karakteriseringsteknikker blev koblet med teoretiske beregninger for at definere den måde, hvorpå den forbedrede konfiguration fremmer metanforbrændingsreaktionen.

De nye (110) reaktive facetter eksponeret ved de svage brudpunkter i 3DOM -strukturen giver yderligere overfladeareal samt introducerer overflader, der besidder en reduceret energibarriere for hydrogenindvinding fra metanen (CH4* → CH3* + H*) sammenlignet med almindelige 3DOM (001) ikke -reaktive facetter. Vi mener, at designfilosofien og forberedelsesstrategien for 3-D LSMO giver en original vej til konstruktion af højeffektive katalysatorer.

Fragmenteringsteknikken kan udvides til kontrolleret forberedelse og stabilisering af andre nanomaterialer med brede anvendelser, af denne grund, det er af stor betydning. Fremgangsmåden viser gennemførlighed, "mesoporøst materialefelt er ivrig efter, at flere og flere forskere fra andre områder udforsker attraktive applikationer, "siger ph.d.-studerende Yuan Wang fra Particle and Catalysis (PartCat) Research Group." der er stadig rigeligt plads til forbedringer af hierarkisk bestilte perovskitkatalysatorer designet til at reducere atmosfæriske drivhusgaskoncentrationer ved at oxidere metanemissioner og derfor forbedre omkostningseffektivitet, "tilføjer Dr. Hamid Arandiyan fra PartCat Research Group.