Gulds uventede oxidationsaktivitet:Afkodning af vandets rolle i guld -nanokatalyse

Forskere fra University of Houston og Trinity University har for første gang leveret direkte bevis på en vandmedieret reaktionsmekanisme til katalytisk oxidation af kulilte.

Arbejdet brugte guldnanopartikler og titandioxid som katalysator for at fremskynde processen og fastslog, at vand fungerer som en co-katalysator for reaktionen, der omdanner kulilte til kuldioxid. Mens forskere har arbejdet med kulilteoxidation ved hjælp af guldkatalysatorer i årevis og har indset, at vand kan ændre reaktionen, ingen har tidligere været i stand til helt at forklare, hvorfor det virkede.

Værket er beskrevet i 5. september -udgaven af ​​tidsskriftet Videnskab .

"Vi kan med stor grad af sikkerhed sige, at vi nu forstår hver komponents rolle og hvad de gør under denne katalytiske reaktion, sagde Lars Grabow, adjunkt i kemisk og biomolekylær teknik ved University of Houston. Han og Hieu Doan, en ph.d. studerende ved UH Cullen College of Engineering, udviklet beregningssimuleringer til støtte for eksperimenter udført af Trinity University -kemikerne Bert Chandler, Christopher Pursell og Johnny Saavedra.

Chandler, professor i kemi ved Trinity, sagde, at arbejdet var et sandt samarbejde.

"Det tog os alle at få det til at ske, "sagde han." Det, vi gjorde, er at bygge bro mellem overfladevidenskab og beregningsmennesker. Vi vidste, at vand hjalp reaktionen, men forstod ikke helt dens rolle. Nu ved vi, at vand er en co-katalysator for denne reaktion. "

Når det bruges i smykker, guld er værdsat for sine ikke -reaktive egenskaber - det ruster ikke eller pletter, når det udsættes for luft eller vand. Og forskere har længe vidst, at trods sit ry som et inert metal, guld nanopartikler kan fungere som en katalysator for at fremskynde kemisk reaktion.

Men ingen vidste præcis, hvorfor det virkede. Vand viste sig at være nøglen, selvom det ikke eksplicit tilføjes til processen, Sagde Grabow.

Spormængder vand trukket fra luften drev reaktionerne på overfladen af ​​guldkatalysatorerne, han sagde.

Under eksperimenterne og beregningsundersøgelsen, forskerne så på, hvordan vand, overfladehydroxyler og metal-understøtningsgrænsefladen interagerede under kulilteoxidation over en guld-titania-katalysator.

"I alle tilfælde, en i det væsentlige barrierefri protonoverførsel sænkede systemets samlede energi, generering af H2O2 eller OOH. Når OOH blev dannet, den vandrede langs Au -partiklen, tillader atomer i nærheden, men ikke strengt på, metal-support-grænsefladen til at deltage i reaktionen, "de skrev for at beskrive deres fund, henviser til dannelsen af ​​hydrogenperoxid eller hydroperoxyl og hydroperoxyls vandring langs guldpartiklerne.

I det væsentlige, de fandt ud af, at protoner fra et tyndt lag vand, der strækker sig over katalysatorens overflade, løsner sig fra vandmolekylerne og sætter sig på iltmolekyler, bevæger sig kortvarigt på overfladen af ​​katalysatoren for at anspore reaktionen, før den vender tilbage til vandlaget.

Tidligere modeller fokuserede typisk på individuelle komponenter i reaktionen, Grabow sagde, hvilket gør dette projekt til det første til at trække alle facetterne sammen i en enkelt model, der fuldt ud understøtter treenighedskemikernes eksperimentelle observationer. Chandler sagde, at arbejdet kunne give en måde at producere rent brint fra olie og naturgas.