Ny teori viser, hvordan belastning giver bedre katalysatorer

En ny teori udviklet af forskere ved University of California, Berkeley, giver en grundlæggende forståelse af, hvordan belastning kan forbedre den katalytiske aktivitet af materialer. Teorien, offentliggjort i tidsskriftet Science Advances, kunne hjælpe forskere med at designe nye katalysatorer til en række kemiske reaktioner, herunder dem, der er involveret i produktionen af ​​brændstoffer og lægemidler.

Katalysatorer er materialer, der fremskynder kemiske reaktioner uden at blive forbrugt i processen. De er essentielle for en lang række industrielle processer, herunder produktion af benzin, plastik og gødning. Men mange katalysatorer er dyre og ineffektive, og de kan også producere skadelige biprodukter.

En måde at forbedre ydeevnen af ​​katalysatorer på er at sile dem. Dette kan gøres ved at påføre tryk, strække eller vride materialet. Strainede katalysatorer har vist sig at være mere aktive og selektive end ustrainede katalysatorer, men det har ikke været klart hvorfor.

Den nye teori udviklet af Berkeley-forskere giver en grundlæggende forklaring på den øgede katalytiske aktivitet af belastede materialer. Teorien viser, at belastning ændrer katalysatorens elektroniske struktur, hvilket gør den mere reaktiv. Denne øgede reaktivitet gør det muligt for katalysatoren at fremskynde kemiske reaktioner mere effektivt.

Teorien kan hjælpe forskere med at designe nye katalysatorer til en række kemiske reaktioner. Ved at forstå, hvordan belastning påvirker katalytisk aktivitet, kan forskere skræddersy egenskaberne af katalysatorer for at opnå de ønskede resultater. Dette kan føre til udvikling af mere effektive og miljøvenlige katalysatorer til en lang række industrielle processer.

"Vores teori giver en ny måde at tænke katalyse på," sagde undersøgelsens hovedforfatter Dr. Jeffrey Greeley. "Det viser, at belastning ikke kun er en måde at forbedre ydeevnen af ​​eksisterende katalysatorer på, men det er også en måde at designe nye katalysatorer med hidtil uset aktivitet og selektivitet."

Teorien er baseret på tæthedsfunktionel teori (DFT), en meget anvendt metode til at studere materialers elektroniske struktur. DFT-beregninger blev udført på en række forskellige spændte og ikke-spændte katalysatorer, og resultaterne viste, at belastningen væsentligt ændrede den elektroniske struktur af materialerne. Disse ændringer i elektronisk struktur blev derefter forbundet med den øgede katalytiske aktivitet af belastede materialer.

Undersøgelsen blev finansieret af U.S. Department of Energy, Office of Basic Energy Sciences.