Forskere undersøger, hvordan nanopartikler påvirker naboer i katalyse

Er du påvirket af dine naboer? Det samme er nanopartikler i katalysatorer. Ny forskning fra Chalmers Tekniske Universitet, Sverige, publiceret i tidsskrifterne Videnskabens fremskridt og Naturkommunikation , afslører, hvordan de nærmeste naboer bestemmer, hvor godt nanopartikler fungerer i en katalysator.

"Det langsigtede mål med forskningen er at kunne identificere superpartikler, at bidrage til mere effektive katalysatorer i fremtiden. For at udnytte ressourcerne bedre end i dag, Vi ønsker også, at så mange partikler som muligt deltager aktivt i den katalytiske reaktion på samme tid, " siger forskningsleder Christoph Langhammer ved Institut for Fysik på Chalmers Tekniske Universitet.

Forestil dig en stor gruppe naboer samlet for at rense en fælles gårdhave. De gik i gang med deres arbejde, hver bidrager til gruppeindsatsen. Det eneste problem er, at ikke alle er lige aktive. Mens nogle arbejder hårdt og effektivt, andre går rundt, snakke og drikke kaffe. Hvis du kun kiggede på slutresultatet, det ville være svært at vide, hvem der arbejdede mest, og som simpelthen slappede af. For at fastslå det, du skal overvåge hver person i løbet af dagen. Det samme gælder aktiviteten af ​​metalliske nanopartikler i en katalysator.

Jagten på mere effektive katalysatorer gennem nabosamarbejde

Inde i en katalysator påvirker flere partikler, hvor effektive reaktionerne er. Nogle af partiklerne i mængden er effektive, mens andre er inaktive. Men partiklerne er ofte skjult i forskellige "porer, "meget som i en svamp, og er derfor svære at studere.

For at kunne se, hvad der virkelig sker inde i en katalysatorpore, forskerne fra Chalmers University of Technology isolerede en håndfuld kobberpartikler i et gennemsigtigt glas nanorør. Når flere er samlet i det lille gasfyldte rør, det bliver muligt at studere hvilke partikler der gør hvad, og når, under reelle forhold.

I røret, partiklerne kommer i kontakt med en indstrømmende gasblanding af ilt og kulilte. Når disse stoffer reagerer med hinanden på overfladen af ​​kobberpartiklerne, kuldioxid dannes. Det er den samme reaktion, der sker, når udstødningsgasser renses i en bils katalysator, undtagen der, partikler af platin, palladium og rhodium bruges ofte til at nedbryde giftig kulilte i stedet for kobber. Men disse metaller er dyre og sparsomme, så forskerne leder efter mere ressourceeffektive alternativer.

"Kobber kan være en interessant kandidat til at oxidere kulilte. Udfordringen er, at kobber har en tendens til at ændre sig selv under reaktionen, og vi skal kunne måle, hvilken oxidationstilstand en kobberpartikel har, når den er mest aktiv inde i katalysatoren. Med vores nanoreaktor, som efterligner en pore inde i en rigtig katalysator, dette vil nu være muligt, " siger David Albinsson, Postdoktor ved Institut for Fysik på Chalmers og førsteforfatter til to videnskabelige artikler for nylig publiceret i Videnskabens fremskridt og Naturkommunikation .

Enhver, der har set et gammelt kobbertag eller en statue, vil genkende, hvordan det rødbrune metal hurtigt bliver grønt efter kontakt med luften og forurenende stoffer. En lignende ting sker med kobberpartiklerne i katalysatorerne. Det er derfor vigtigt at få dem til at arbejde sammen på en effektiv måde.

"Det, vi har vist nu, er, at en partikels oxidationstilstand dynamisk kan påvirkes af dens nærmeste naboer under reaktionen. Håbet er derfor, at vi på sigt kan spare ressourcer ved hjælp af et optimeret nabosamarbejde i en katalysator, siger Christoph Langhammer, professor ved Institut for Fysik på Chalmers.