Styring af strukturen af ​​platinnanopartikler og tuning af deres katalytiske egenskaber

En ny artikel netop offentliggjort i Naturkatalyse viser de enkle måder at kontrollere strukturen af ​​platinnanopartikler og tune deres katalytiske egenskaber.

Forskning ledet af Cardiff Catalysis Institute (CCI) i samarbejde med forskere fra Lehigh University, Jazan Universitet, Zhejiang Universitet, Glasgow Universitet, Universitetet i Bologna, Research Complex at Harwell (RCaH), og University College London har kombineret deres unikke færdigheder for at udvikle og forstå ved hjælp af avancerede karakteriseringsmetoder (især TEM og B18 hos Diamond Light Source), hvordan det er muligt at bruge en simpel forberedelsesmetode til at kontrollere og manipulere strukturerne af metalnanopartikler. Disse metalnanopartikler bruges i vid udstrækning af industrien som innovative katalysatorer til produktion af bulkemikalier som polymerer, flydende brændstoffer (f.eks. diesel, benzin) og andre specialkemikalier (farmaceutiske produkter).

Meenakshisundaram Sankar fra Cardiff Catalysis Institute, som leder denne forskning sammen med G. J. Hutchings, forklarer, "Simpelthen ved at optimere meget standard forberedelsesparametre, vi viser, hvordan det er muligt at manipulere de strukturelle egenskaber af platinnanopartikler understøttet på titaniumdioxid til at producere en yderst aktiv og selektiv katalysator til syntese af funktionaliserede aniliner. Disse produkter bruges til syntese af daglige varer såsom lægemidler, gødning og farvestoffer. Dette er et stort skridt fremad i forståelsen af ​​forberedelsesparametrenes rolle i tuning af strukturen af ​​platinnanopartikler, og dette vil gøre os i stand til at designe mere aktive metalnanopartikler."

Nøglefunktionen i denne artikel er tuning af de aktive steder (hvor den katalytiske reaktion finder sted) i platinnanopartikler ved forskellige varmebehandlinger og ved at bruge meget lave platinmængder til at producere en optimeret katalysator.

Andy Beale, Professor i uorganisk kemi, UCL baseret på Research Complex i Harwell, en af ​​Diamonds samarbejdende videnskabelige faciliteter siger, "Ved at bruge 10 gange mindre platinmetal, vi har reduceret omkostningerne ved fremstillingen af ​​denne katalysator betydeligt. Også selvom, med mindre mængder metal, katalysatoren er enten lige aktiv eller mere aktiv end den nuværende kommercielle katalysator. En anden vigtig fordel er, at denne katalysator ikke producerer nogen uønskede biprodukter (som genererer affald og er meget dyre at adskille og rydde op)."

Et tværfagligt team af kolleger med adgang til ekstremt kraftfulde karakteriseringsressourcer hos Diamond Light Source, Det britiske Synchrotron har gjort det muligt for CCI-forskerne at opnå en grundlæggende forståelse af, hvilken struktur der kræves for at optimere dette nanopartikelkatalysatorsystem.

Denne forskning er blevet publiceret i en artikel med titlen "Tuning af katalytiske steder i Pt/TiO ₂ katalysatorer til kemoselektiv hydrogenering af 3-nitrostyren" i Naturkatalyse .

Professor Laurent Chapon, Physical Sciences Director hos Diamond Light Source konkluderer, "Katalyse anslås at være involveret i 90 % af alle kemiske processer og i skabelsen af ​​60 % af de kemiske produkter, der er tilgængelige på markedet, hvorfor det studeres på atomær skala. Behovet for at forstå katalyse på dette niveau er drevet af både økonomiske og miljømæssige hensyn; derfor er der en global interesse i at optimere syntesen af ​​nye katalytiske materialer og i at forstå den grundlæggende katalyseproces.

"Hos Diamond, vi leverer specialiserede analytiske teknikker til karakterisering af atomær til mikroskala af forskellige katalytiske materialer, og in situ-studiet af katalytiske processer, der er state of the art. Vi er glade for, at holdet hidtil har haft så stor succes med at tune de katalytiske egenskaber af platinnanopartikler."