این کشف می تواند به طور قابل توجهی هزینه های تولید سوخت ها ، مواد شیمیایی و مواد را کاهش دهد.
یک تیم تحقیقاتی در دانشگاه مینسوتا -کالج علوم و مهندسی شهرهای شهر مینسوتا و کالج مهندسی دانشگاه هیوستون ، کالج مهندسی و برای اولین بار اندازه گیری شده ، بخش کوچکی از یک الکترون که امکان تولید کاتالیزوری را فراهم می کند.
جزئیات کار در یک مجله دسترسی آزاد ظاهر می شود علوم مرکزی ACSS نتایج روشن می کند که چرا فلزات با ارزش مانند طلا ، نقره و پلاتین در کاتالیز بسیار مؤثر هستند و دستورالعمل هایی را برای ایجاد مواد کاتالیزوری نسل بعدی ارائه می دهند.
کاتالیزورها موادی هستند که انرژی مورد نیاز برای واکنشهای شیمیایی را کاهش می دهند. به این ترتیب ، آنها به تولید کنندگان کمک می کنند تا عملکرد ، سرعت و کارآیی ساخت مواد دیگر را افزایش دهند. این ابزارها برای فرآیندهای مورد استفاده در تولید دارویی و باتری و در عملیات پتروشیمی مانند پالایش روغن خام بسیار مهم هستند و به حفظ عرضه با تقاضا کمک می کنند.
پیدا کردن کاتالیزورها ، که سریعتر کار می کنند و کنترل آن آسان تر هستند ، یک هدف اصلی در بخش های سوخت ، مواد شیمیایی و مواد است که در کنار هم نمایانگر اقتصاد به ارزش بسیاری از تریلیون دلار است. در سراسر جهان ، محققان در حال رقابت برای توسعه کاتالیزورهایی هستند که می توانند هزینه ها را کاهش داده و راندمان تولید را در بسیاری از صنایع بهبود بخشند.
درک چگونگی تعامل مولکول ها با کاتالیزورها
با نزدیک شدن مولکول ها به سطح کاتالیزور ، آنها الکترون های خود را با فلز کاتالیزوری (در این حالت طلا ، نقره یا پلاتین) به اشتراک می گذارند ، بنابراین مولکولها را به گونه ای تثبیت می کنند که واکنش های مورد نظر ظاهر می شود. این مفهوم بیش از یک قرن نظریه پردازی شده است ، اما اندازه گیری مستقیم این درصد کوچک و بسیار بعدی یک الکترون هرگز به طور مستقیم مشاهده نشده است.
محققان در مرکز کاتالیز انرژی قابل برنامه ریزی ، مستقر در دانشگاه مینسوتا ، اکنون نشان می دهند که به اشتراک گذاشتن یک الکترون می تواند مستقیماً با تکنیکی از اختراع خود به نام تیتراسیون الکترونی ایزوپوتیال (IET) اندازه گیری شود.
جاستین هاپکینز ، مهندسی شیمی دانشگاه مینسوتا می گوید: “اندازه گیری کسری الکترون در این مقیاس های فوق العاده کوچک بدترین دیدگاه را از رفتار مولکول های کاتالیزور فراهم می کند.” دانش آموز و نویسنده اصلی مطالعه. “مهندسان کاتالیزور تاریخی برای درک مولکولهای موجود در سطوح ، به اندازه گیری های متکبر بیشتر متکی بودند. در عوض ، این روش اندازه گیری جدید توضیحی قابل توجه از اتصال سطح در شرایط مرتبط با کاتالیزوری را ارائه می دهد.”
تعیین میزان انتقال الکترون بر روی سطح کاتالیزور برای درک عملکرد آن بسیار مهم است. این مولکول ها ، که به احتمال زیاد الکترونهای خود را به اشتراک می گذارند ، با افزایش واکنش پذیری به شدت متصل می شوند و یک مقدار قابل اندازه گیری مستقیم برای فعالیت کاتالیزاسیون را فراهم می کنند. فلزات سرعت میزان دقیق اشتراک الکترونی را با مولکولهای پاسخ دهنده مورد نیاز برای هدایت کاتالیز نشان می دهند ، اگرچه این مبادله به طور مستقیم تا به امروز امکان پذیر نیست.
قدرت تیتراسیون الکترون ایزوپوتال (IET)
IET اکنون می تواند به عنوان ابزاری برای توصیف آزمایشی فرمولاسیون جدید مبدل کاتالیزوری باشد ، که به محققان امکان می دهد تا سریعتر مواد کاتالیزوری ایده آل را بررسی و پیدا کنند.
“IET به ما اجازه می داد تا اکتشاف E را که با یک سطح کاتالیزور در سطح ، حتی کمتر از یک درصد ، مانند مورد هیدروژن به اشتراک گذاشته می شود ، اندازه گیری کنیم اتم در پلاتین ، “گفت عمر عبدالرهمن ، خبرنگار و دانشیار دانشگاه کالج مهندسی هیوستون کالن ویلیام ا. بروکشیر گروه شیمیایی و مهندسی زیست مولکولی.” اتم هیدروژن در صورت امکان پاسخ دادن به کاتالیزورهای هیدروژن ، تنها 0.2 ٪ از الکترون را رها می کند. محصولات شیمیایی.
با ظهور فناوری نانو برای سنتز کاتالیزورها همراه با سازهای جدید در یادگیری ماشین برای کشف و استفاده از مجموعه داده های بزرگ ، مهندسان تعداد زیادی از مواد کاتالیزوری جدید را شناسایی کرده اند. اکنون این روش سوم را برای توصیف مستقیم مواد جدید در سطح اساسی فراهم می کند.
پل داونهاور ، استاد و مدیر عالی مرکز کاتالیز انرژی قابل برنامه ریزی در دانشگاه مینسوتا می گوید: “اساس فن آوری های جدید کاتالیزوری برای صنعت همیشه تحقیقات اصلی بوده است.” “این تشخیص جدید توزیع کسری الکترونی ، مبنای علمی کاملاً جدیدی را برای درک کاتالیزورها ایجاد می کند ، که ما معتقدیم طی چند دهه آینده فناوری های جدید انرژی را تحریک می کند.”
مرجع: “تیتراسیون الکترونی ایزوپتنتالی: انتقال شارژ هیدروژن جذب فلزی” توسط جاستین A. هاپکینز ، بنیامین جی پیج ، شنگگونگ وانگ ، جسی آر. کانوان ، جیسون سی. گرابو ، جیمز آر. مک کون ، پل جی. داونهاور و عمر A. عبدالرامان ، 15 سپتامبر 2025 ، 15 سپتامبر 2025 ، علوم مرکزی ACSحرف
doi: 10.1021/acscentsci.5c00851
تأمین مالی: وزارت انرژی ایالات متحده
هرگز موفقیت را از دست ندهید: به خبرنامه Scitechdaily بپیوندید.
ما را در Google ، Discover و News دنبال کنید.
