Nikkel i røntgenlyset

At fremstille kemikalier til industrielle processer kræver ofte, at forskere bruger en katalysator - et stof, der fremskynder en kemisk reaktion, reducere mængden af ​​energi, det tager at lave forskellige produkter.

Forskere har længe overvejet palladium, et ædle metaller, der er nært beslægtet med platin, en stjernekatalysator på grund af dens meget aktive natur. Imidlertid, fordi palladium er så dyrt, forskere har ledt efter måder at erstatte et andet metal på for størstedelen af ​​palladium involveret i visse katalysatorer.

I en ny undersøgelse fra US Department of Energy's (DOE) Argonne National Laboratory og University of California i Santa Barbara, forskere har identificeret en anden elementær aktør, der hjælper med at aktivere palladium og samtidig reducere mængden af ​​det ædle metal, der er nødvendigt for at reaktioner kan forekomme.

Ved at kombinere en mindre mængde palladium med nikkel på en jern -nanopartikeldannelse, et forskerhold ledet af Argonne -kemiker Max Delferro og hans kollega Bruce Lipshutz, en kemiprofessor ved University of California-Santa Barbara, designet et billigt og effektivt system, der reducerede nitro-arylgrupper til aminer, en kemisk gruppe vigtig i landbrugskemikalier og medicinalindustrien.

"Selvom denne reduktionsvej er velkendt, og der tidligere har været forskellige metoder til at gøre dette, et af de største problemer er, at katalysatorerne ikke er tilstrækkeligt selektive, "Delferro sagde." Palladium er et meget selektivt metal, men vi skal bruge en lille mængde til at opretholde både dens høje selektivitet og dens høje aktivitet. "

I deres bestræbelser på at "strække palladium så langt som det ville gå, "Delferro og Lipshutz spredte palladium på jernnanopartiklerne på en måde, der maksimerede antallet af aktive steder, hvor palladiumatomerne kunne interagere med nitro-arylgrupper.

Uden nikkel, disse små palladiumklynger ville have en tendens til at klumpe sig sammen, mister tilgængeligt overfladeareal og som en konsekvens, aktive websteder. Nikkel, imidlertid, forhindrer de dyrebare palladiumklynger i at binde sig til hinanden, holder dem meget spredt.

"Du kan tænke på det som at have magneter i en sandkasse, "Delferro sagde." Når sandkassen er tom, hvis du ryster sandkassen, magneterne har en tendens til at alle kommer sammen. Men hvis der er sand i sandkassen, magneterne forbliver fast og kan ikke bevæge sig til hinanden. "

For faktisk at observere arrangementet, Delferro og hans team brugte Argonnes Advanced Photon Source, en DOE Office of Science brugerfacilitet. I deres eksperiment, Argonne -forskerne overvåger katalysatoren under faktiske reaktionsbetingelser og observerede palladiumklumpning i versionen af ​​katalysatoren, der ikke indeholdt nikkel.

I versioner af katalysatoren, der indeholdt nikkel, disse klumpende interaktioner skete ikke, og palladium forblev spredt.

Resultaterne af undersøgelsen stammer fra et samarbejde mellem Novartis, som startede projektet University of California-Santa Barbara, institutionen, der syntetiserede katalysatoren; og Argonne, som kendetegnede det ved APS. Disse resultater er rapporteret i en artikel, der blev offentliggjort den 8. december i Grøn kemi , med titlen "Synergistiske virkninger i Fe -nanopartikler dopet med ppm -niveauer på (Pd + Ni). En ny katalysator til bæredygtig nitrogruppereduktion."