Forskere bestemmer katalytiske aktive steder ved hjælp af kulnanorør

Katalytisk forskning ledet af University of Oklahoma -forsker Steven Crossley har udviklet en ny og mere endelig måde at bestemme det aktive sted i en kompleks katalysator. Hans teams forskning blev for nylig offentliggjort i Naturkommunikation .

Katalysatorer bestående af metalpartikler understøttet på reducerbare oxider viser lovende ydeevne for en række aktuelle og nye industrielle reaktioner, såsom produktion af vedvarende brændstoffer og kemikalier. Selvom de gavnlige resultater af de nye materialer er tydelige, at identificere årsagen til katalysatorens aktivitet kan være udfordrende. Katalysatorer opdages og optimeres ofte ved forsøg og fejl, gør det svært at afkoble de mange muligheder. Dette kan føre til beslutninger baseret på spekulative eller indirekte beviser.

"Når du placerer metallet på den aktive støtte, den katalytiske aktivitet og selektivitet er meget bedre, end du ville forvente, end hvis du skulle kombinere metalets ydeevne med støtten alene, "forklarede Crossley, en kemiingeniør, Teigen præsidentprofessor og Sam A. Wilson professor ved Gallogly College of Engineering. "Udfordringen er, at når du sætter de to komponenter sammen, det er svært at forstå årsagen til den lovende ydeevne. "At forstå arten af ​​det katalytiske aktive sted er afgørende for at kontrollere en katalysators aktivitet og selektivitet.

Crossleys nye metode til adskillelse af aktive steder, samtidig med at metalets evne til at skabe potentielle aktive steder på understøtningen opretholdes, bruger lodret dyrkede carbon -nanorør, der fungerer som "brintveje". For at afgøre, om katalytisk aktivitet skyldes enten direkte kontakt mellem bæreren og metallet eller fra metalinducerede promotorvirkninger på oxidunderlaget, Crossleys team adskilte metalpalladium fra oxidkatalysatoren titanium med en kontrolleret afstand på en ledende bro af carbon nanorør. Forskerne introducerede brint til systemet og verificerede, at brint var i stand til at migrere langs nanorørene for at skabe nye potentielle aktive steder på oxidstøtten. De testede derefter katalytisk aktivitet af disse materialer og kontrasterede det med aktiviteten af ​​de samme materialer, når metallet og bæreren var i direkte fysisk kontakt.

"I tre forsøg, vi var i stand til at udelukke forskellige scenarier og bevise, at det er nødvendigt at have fysisk kontakt mellem palladium og titanium for at producere methylfuran under disse forhold, "Sagde Crossley.

Carbon nanorørets hydrogenveje kan bruges med en række forskellige bifunktionelle katalysatorer.

"Ved hjælp af denne enkle og enkle metode, vi kan bedre forstå, hvordan disse komplekse materialer fungerer, og bruge disse oplysninger til at lave bedre katalysatorer, "Sagde Crossley.