మీరు కార్బన్‌పై మెటల్ నానోపార్టికల్స్‌ను ఉంచినప్పుడు, అవి మరింత చురుకుగా మారతాయి. ఇంతకుముందు అనుభవం ఆధారంగా మాత్రమే ఊహించబడినది ఇప్పుడు TU వీన్ (వియన్నా)లో మొదటిసారిగా వివరంగా వివరించబడింది.
రసాయన పరిశ్రమలో ఉత్ప్రేరకాలుగా విలువైన లోహాలు ముఖ్యమైన పాత్ర పోషిస్తాయి: వెండి, ప్లాటినం, పల్లాడియం లేదా ఇతర మూలకాల సహాయంతో, రసాయన ప్రతిచర్యలు జరుగుతాయి, అవి పురోగతి చెందవు లేదా చాలా తక్కువ ప్రతిచర్య రేటుతో మాత్రమే పురోగమిస్తాయి. ఈ లోహాలు తరచుగా చిన్న నానోపార్టికల్స్ రూపంలో ఉపయోగించబడతాయి. అయినప్పటికీ, అవి ఎంత బాగా పని చేస్తాయి, అవి ఉంచబడిన ఉపరితలంపై ఆధారపడి ఉంటాయి. కార్బన్ బేస్‌పై నానోపార్టికల్స్ ముఖ్యంగా బాగా పనిచేస్తున్నట్లు అనిపిస్తుంది – దీనికి కారణం చాలా కాలంగా తెలియదు.
అయితే, TU వీన్ వద్ద, మెటల్ నానోపార్టికల్స్ మరియు కార్బన్ సబ్‌స్ట్రేట్ మధ్య పరస్పర చర్యను ఖచ్చితంగా కొలవడం మరియు వివరించడం ఇప్పుడు మొదటిసారిగా సాధ్యమైంది. స్వచ్ఛమైన వెండి ముక్కలోని అణువుల కంటే కార్బన్ మద్దతుపై వెండి అణువులు రెండు వందల రెట్లు ఎక్కువ చురుకుగా ఉన్నట్లు కనుగొనబడింది. వెండి కార్బన్‌తో ప్రత్యక్ష సంబంధంలో ఉన్న జోన్ కీలకమని కంప్యూటర్ అనుకరణలు చూపిస్తున్నాయి. హైడ్రోజన్ ఐసోటోప్ ఎక్స్ఛేంజ్ సహాయంతో, ఉత్ప్రేరక మద్దతులను వాటి ప్రభావం కోసం మరింత త్వరగా మరియు సులభంగా పరీక్షించడానికి ఒక పద్ధతి అభివృద్ధి చేయబడింది.
“బ్లాక్ ఆర్ట్” నుండి సైన్స్ వరకు
“చాలా కాలంగా, ఉత్ప్రేరకానికి కార్బన్‌ను క్యారియర్ మెటీరియల్‌గా ఉపయోగించడం దాదాపు మాయాజాలం కలిగి ఉంది” అని TU వీన్‌లోని ఇన్‌స్టిట్యూట్ ఆఫ్ మెటీరియల్స్ కెమిస్ట్రీ నుండి ప్రొఫెసర్ గుంథర్ రుప్ప్రెచ్టర్ చెప్పారు. కార్బన్ మూలం ముఖ్యమైనదని తేలింది. కొన్ని ప్రక్రియల కోసం, కొబ్బరి చిప్పలు, ఫైబర్స్ లేదా ప్రత్యేక కలప నుండి పొందిన కార్బన్ ఉపయోగించబడుతుంది. ఇటువంటి “వంటకాలను” పేటెంట్ పత్రాలలో కూడా చూడవచ్చు – అయినప్పటికీ రసాయన పదార్ధాల మూలం వాస్తవానికి సాపేక్షంగా అసంబద్ధంగా ఉండాలి. “ఇది ఎల్లప్పుడూ బ్లాక్ ఆర్ట్ లాగా అనిపించింది,” అని గున్థర్ రుప్ప్రెచ్టర్ చెప్పారు.
వివిధ ఉత్పాదక పద్ధతులు కనిష్ట రసాయన లేదా భౌతిక వ్యత్యాసాలకు దారితీయవచ్చని ఆలోచన ఉంది: బహుశా కార్బన్ తయారీ పద్ధతిని బట్టి వివిధ మార్గాల్లో అమర్చబడుతుంది’ బహుశా ఇది ఇతర రసాయన మూలకాల జాడలను కలిగి ఉండవచ్చు’ లేదా ఫంక్షనల్ సమూహాలు ఉపరితలంపై పేరుకుపోతాయి – చిన్నవి రసాయన ప్రతిచర్యలో జోక్యం చేసుకునే మాలిక్యులర్ బిల్డింగ్ బ్లాక్‌లు’ “రసాయన పరిశ్రమలో, ప్రజలు సహజంగా తరచుగా ఒక ప్రక్రియ పనిచేస్తుందనే వాస్తవంతో సంతృప్తి చెందుతారు మరియు పునరావృతమవుతుంది విశ్వసనీయంగా, “రుప్ప్రెచ్టర్ చెప్పారు. “కానీ మేము ప్రభావం యొక్క మూలాన్ని పొందాలనుకుంటున్నాము మరియు పరమాణు స్థాయిలో ఇక్కడ వాస్తవానికి ఏమి జరుగుతుందో అర్థం చేసుకోవాలనుకుంటున్నాము.” యూనివర్శిటీ ఆఫ్ కాడిజ్ (స్పెయిన్) మరియు TU వీన్‌లోని సెంటర్ ఫర్ ఎలక్ట్రోన్ మైక్రోస్కోపీ USTEM కూడా పాల్గొన్నాయి.
మైక్రోరియాక్టర్‌లో ఖచ్చితమైన కొలతలు
బృందం మొదట చాలా ఖచ్చితంగా వర్గీకరించబడే నమూనాలను ఉత్పత్తి చేసింది: కార్బన్ సబ్‌స్ట్రేట్‌పై తెలిసిన పరిమాణంలోని వెండి నానోపార్టికల్స్ – మరియు కార్బన్ లేని సన్నని వెండి రేకు.
రెండు నమూనాలను రసాయన రియాక్టర్‌లో పరిశీలించారు: “హైడ్రోజన్ అణువులను వ్యక్తిగత హైడ్రోజన్ అణువులుగా విభజించడానికి వెండిని ఉపయోగించవచ్చు” అని అధ్యయనం యొక్క మొదటి రచయిత థామస్ విచ్ట్ వివరించారు. “ఈ హైడ్రోజన్‌ను అప్పుడు ఈథీన్ యొక్క హైడ్రోజనేషన్ ప్రతిచర్యకు ఉపయోగించవచ్చు. సారూప్య పద్ధతిలో, భారీ హైడ్రోజన్ (డ్యూటీరియం)తో తయారు చేయబడిన అణువులతో ‘సాధారణ’ హైడ్రోజన్ అణువులను కూడా కలపవచ్చు. రెండు అణువులు వెండి ద్వారా విడదీయబడతాయి. మరియు తిరిగి కలపబడింది.” ఉత్ప్రేరకం ఎంత చురుకుగా ఉంటే, రెండు హైడ్రోజన్ ఐసోటోప్‌లు మరింత తరచుగా మారతాయి. ఇది ఉత్ప్రేరకం కార్యాచరణ గురించి చాలా నమ్మదగిన సమాచారాన్ని అందిస్తుంది.
దీని అర్థం మొదటిసారిగా, కార్బన్ మద్దతుతో మరియు లేకుండా వెండి అణువుల మధ్య కార్యాచరణలో వ్యత్యాసాన్ని ఖచ్చితంగా లెక్కించవచ్చు – అద్భుతమైన ఫలితాలతో: “ప్రతి వెండి అణువుకు, కార్బన్ నేపథ్యం రెండు వందల రెట్లు అధిక కార్యాచరణను ప్రేరేపిస్తుంది” అని థామస్ చెప్పారు. విచ్ట్. “ఇది పారిశ్రామిక అనువర్తనాలకు చాలా ముఖ్యమైనది. అదే కార్యాచరణను సాధించడానికి మీకు ఖరీదైన విలువైన లోహాల మొత్తంలో రెండు వందల వంతు మాత్రమే అవసరం – మరియు మీరు తులనాత్మకంగా చవకైన కార్బన్‌ను జోడించడం ద్వారా దీన్ని చేయవచ్చు.”
ఉత్తేజకరమైన ప్రభావం సరిహద్దు వద్దనే జరుగుతుంది
TU వీన్ బృందం నుండి అలెగ్జాండర్ జెనెస్ట్ కార్బన్ మరియు స్వచ్ఛమైన వెండిపై వెండి నానోపార్టికల్స్ ద్వారా హైడ్రోజన్ క్రియాశీలతను పోల్చి కంప్యూటర్ అనుకరణలను నిర్వహించారు. ఇది స్పష్టం చేసింది: వెండి కణాలు మరియు కార్బన్ క్యారియర్ మధ్య సరిహద్దు ప్రాంతం కీలకమైనది. ఉత్ప్రేరకం ప్రభావం ఖచ్చితంగా రెండు ఎక్కడికి వస్తే అక్కడ ఎక్కువగా ఉంటుంది. “కాబట్టి ఇది కార్బన్ ఉపరితలం లేదా ఏదైనా విదేశీ అణువులు లేదా క్రియాత్మక సమూహాల పరిమాణం కాదు. ఒక ప్రతిచర్య అణువు నేరుగా ఇంటర్‌ఫేస్‌లో కార్బన్ మరియు వెండి అణువు రెండింటితో సంబంధంలోకి వచ్చినప్పుడు తీవ్రమైన ఉత్ప్రేరక ప్రభావం ఏర్పడుతుంది” అని అలెగ్జాండర్ జెనెస్ట్ చెప్పారు. ప్రత్యక్ష పరిచయం యొక్క ఈ ప్రాంతం పెద్దది, ఎక్కువ కార్యాచరణ.
ఈ జ్ఞానం అంటే వివిధ మూలాల నుండి వివిధ కార్బన్ బ్యాచ్‌లను ఇప్పుడు వాటి ప్రభావం కోసం చాలా సులభంగా తనిఖీ చేయవచ్చు. “ఇప్పుడు మేము చర్య యొక్క యంత్రాంగాన్ని అర్థం చేసుకున్నాము, దేనిపై శ్రద్ధ వహించాలో మాకు ఖచ్చితంగా తెలుసు” అని గుంథర్ రుప్ప్రెచ్టర్ చెప్పారు. “మా ప్రయోగం, దీనిలో మేము ఉత్ప్రేరకాలను సాధారణ మరియు భారీ హైడ్రోజన్ మిశ్రమానికి బహిర్గతం చేస్తాము, నిర్వహించడం చాలా సులభం మరియు కార్బన్ క్యారియర్ యొక్క ఈ వైవిధ్యం ఇతర రసాయన ప్రతిచర్యలకు కూడా అనుకూలంగా ఉందా లేదా అనే దానిపై చాలా నమ్మదగిన సమాచారాన్ని అందిస్తుంది.” అణు స్థాయిలో ప్రక్రియలను వివరించగలగడం ఇప్పుడు పారిశ్రామిక ఉపయోగంలో సమయం మరియు డబ్బును ఆదా చేస్తుంది మరియు నాణ్యత హామీని సులభతరం చేస్తుంది.
అసలు ప్రచురణ
థామస్ విచ్ట్, అలెగ్జాండర్ జెనెస్ట్, లిడియా E. చిన్చిల్లా, థామస్ హౌనాల్డ్, ఆండ్రియాస్ స్టీగర్-థర్స్‌ఫెల్డ్, మైఖేల్ స్టోగర్-పొల్లాచ్, జోస్ J. కాల్వినో, గున్థెర్ రుప్ప్రెచ్టర్: ఇథిలీన్ హైడ్రోజనేషన్‌లో ఇంటర్‌ఫేషియల్ హైడ్రోజన్ పాత్ర, క్యాట్యుయిస్ట్‌లపై సి, గ్రాఫైట్ మరియు క్యాట్యుస్ట్‌లపై మద్దతు ఉంది. ; ACS ఉత్ప్రేరకము, 14 (2024) 16905-16919 https://doi.org/10.1021/acscatal.4c05246
పరిశోధన ఆస్ట్రియన్ సైన్స్ ఫండ్ (FWF; [10.55776/I4434-N and 10.55776/Coe5] (సింగిల్ అటామ్ క్యాటాలిసిస్ మరియు క్లస్టర్ ఆఫ్ ఎక్సలెన్స్ మెటీరియల్స్ ఫర్ ఎనర్జీ కన్వర్షన్ అండ్ స్టోరేజ్, MECS).
