Дослідники енергетики винаходять метал-хамелеон, який діє як багато інших

Дослідники енергетики винаходять метал-хамелеон, який діє як багато інших


Дослідники з Університету Міннесоти винайшли «каталітичний конденсатор», який відкриває двері для нових каталітичних технологій з використанням каталізаторів неблагородних металів для важливих застосувань, таких як зберігання відновлюваної енергії, виготовлення відновлюваного палива та виробництво екологічно чистих матеріалів. Авторство: Dauenhauer Group, Університет Міннесоти

Команда дослідників енергетики під керівництвом Університету міст-побратимів Міннесоти винайшла пристрій, який електронно перетворює один метал, щоб він поводився як інший для використання в якості каталізатора в хімічних реакціях. Пристрій, званий «каталітичним конденсатором», є першим, хто продемонстрував, що альтернативні матеріали, які електронно модифіковані для надання нових властивостей, можуть дати більш швидку та ефективну хімічну обробку.

Винахід відкриває двері для нових каталітичних технологій з використанням каталізаторів неблагородних металів для важливих застосувань, таких як зберігання відновлюваної енергії, виготовлення відновлюваного палива та виробництво екологічно чистих матеріалів.

Дослідження опубліковано в Інтернеті в JACS Au, де його було обрано як публікацію за вибором редакції. Команда також співпрацює з відділом комерціалізації технологій Університету Міннесоти та має попередній патент на пристрій.

Хімічна обробка протягом минулого століття покладалася на використання специфічних матеріалів для сприяння виробництву хімічних речовин і матеріалів, які ми використовуємо в повсякденному житті. Багато з цих матеріалів, наприклад дорогоцінні метали рутеній, платина, родій і паладій, мають унікальні властивості електронної поверхні. Вони можуть діяти як як метали, так і як оксиди металів, що робить їх критичними для контролю хімічних реакцій.

Широкій громадськості, мабуть, найбільше знайома ця концепція щодо зростання крадіжок каталітичних нейтралізаторів на автомобілях. Каталітичні нейтралізатори цінні тим, що всередині них є родій і паладій. Насправді паладій може бути дорожчим за золото.

Ці дорогі матеріали часто дефіцитні в усьому світі, і вони стали основною перешкодою на шляху розвитку технологій.

Щоб розробити цей метод для налаштування каталітичних властивостей альтернативних матеріалів, дослідники покладалися на свої знання про те, як поводяться електрони на поверхнях. Команда успішно перевірила теорію про те, що додавання та видалення електронів до одного матеріалу може перетворити оксид металу на щось, що імітує властивості іншого.

«Атоми справді не хочуть змінювати кількість електронів, але ми винайшли пристрій каталітичного конденсатора, який дозволяє нам регулювати кількість електронів на поверхні каталізатора», — сказав Пол Дауенгауер, науковий співробітник Макартура та професор хімічної інженерії та матеріалознавства в Університеті Міннесоти, який очолив дослідницьку групу. «Це відкриває абсолютно нову можливість контролювати хімію і зробити так, щоб багаті матеріали діяли як дорогоцінні матеріали».

Пристрій каталітичного конденсатора використовує комбінацію нанометрових плівок для переміщення та стабілізації електронів на поверхні каталізатора. Ця конструкція має унікальний механізм поєднання металів і оксидів металів з графеном, щоб забезпечити швидкий потік електронів з поверхнями, які можна налаштувати для хімії.

«Використовуючи різні технології тонкої плівки, ми об’єднали нанорозмірну плівку глинозему, виготовлену з дешевого алюмінієвого металу, з графеном, який потім ми змогли налаштувати, щоб набути властивостей інших матеріалів», – сказала Ціа Мін Онн, докторант Університету Міннесоти, який виготовив і випробував каталітичні конденсатори. «Суттєва здатність налаштовувати каталітичні та електронні властивості каталізатора перевершила наші очікування».

Конструкція каталітичного конденсатора має широку корисність як платформний пристрій для низки виробничих застосувань. Ця універсальність забезпечується його нанометровим виготовленням, яке включає графен як активний компонент активного поверхневого шару. Потужність пристрою для стабілізації електронів (або відсутність електронів, які називаються «дірками») регулюється за допомогою змінного складу сильноізоляційного внутрішнього шару. Активний шар пристрою також може включати будь-який основний каталітичний матеріал з додатковими добавками, які потім можна налаштувати для досягнення властивостей дорогих каталітичних матеріалів.

«Ми розглядаємо каталітичний конденсатор як технологію платформи, яку можна впровадити в низці виробничих застосувань», — сказав Ден Фрісбі, професор і керівник відділу хімічної інженерії та матеріалознавства та член дослідницької групи Університету Міннесоти. «Основні ідеї дизайну та нові компоненти можна змінити практично до будь-якої хімії, яку ми можемо уявити».

Команда планує продовжити дослідження каталітичних конденсаторів, застосовуючи їх до дорогоцінних металів для вирішення деяких з найважливіших екологічних проблем. Кілька паралельних проектів уже виконуються для зберігання відновлюваної електроенергії у вигляді аміаку, виробництва ключових молекул у відновлюваних пластмасах та очищення потоків газоподібних відходів.


Майбутні каталітичні нейтралізатори можуть дати більше віддачі за ваші гроші


Більше інформації:
Tzia Ming Onn et al, глиноземно-графеновий каталітичний конденсатор для програмованих твердих кислот, JACS Au (2022). DOI: 10.1021/jacsau.2c00114

Надано Університетом Міннесоти

Цитування: Дослідники енергетики винаходять метал-хамелеон, який діє так само, як і багато інших (2022, 9 травня), отримано 9 травня 2022 року з https://phys.org/news/2022-05-energy-chameleon-metal.html

Цей документ є об’єктом авторського права. За винятком будь-яких чесних відносин з метою приватного вивчення або дослідження, жодна частина не може бути відтворена без письмового дозволу. Вміст надається виключно в інформаційних цілях.





Source link

Залишити коментар

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься.