Zakaj je velikost pomembna za zlato kot katalizator

Suspense: Blue Eyes / You'll Never See Me Again / Hunting Trip (Junij 2019).

Anonim

Zlato je plemenita kovina, najbolj odporna proti oksidaciji. Vendar zlato z nano velikostjo ima edinstveno sposobnost, da deluje kot katalizator, tudi pri nizkih temperaturah. Osnovni mehanizem za to velikostno odvisno spremembo lastnosti je zmeden znanstveniki, saj je bil pojav odkrit poznih 1980-ih.

Skupina raziskovalcev, med njimi Yingge Du, Chongmin Wang in Jun Li iz Pacific Northwest National Laboratory, se je lotila tega vprašanja z uporabo najsodobnejše elektronske mikroskopije z elektronsko prenosno elektroniko. Njihovo delo je razkrilo nove vpoglede na izjemne katalitske lastnosti ultrazvočnih zlatih delcev, ko so izpostavljeni reaktantnemu plinu. Podatki o njihovih ugotovitvah so bili objavljeni v Zborniku Nacionalne akademije znanosti z naslovom "Dinamične strukture nanodelcev, ki so odvisne od velikosti, v stanju reakcije oksidacije CO".

In situ študije ultrasmall zlata grozda v reaktivnem okolju so manjkale, zaradi česar je težko preveriti izvor učinka velikosti pri katalizi. Ta študija je uporabila transmisijsko elektronsko mikroskopijo in situ, da je pokazala, da zlati nanodelci, ko so izolirani do kritične velikosti, pod katalitičnimi delovnimi pogoji podvržejo dinamične strukturne spremembe in se lahko aktivirajo vsi zlati atomi v gruči, ki spodbujajo katalitične reakcije. Dokazi o preoblikovanju v tej ultrazvučni lestvici se lahko pridobijo samo z in situ in operando karakterizacija.

Ta ugotovitev izziva klasično mišljenje, da zlato kot katalizator ohranja enako strukturo med statičnimi in katalitskimi pogoji. Dejansko lahko te sicer stabilne ultrazvočne zlate skupine pretvorijo v metastabilno fazo. Rezultati tudi nakazujejo, da lahko nanokatalizatorji delujejo kot dinamično proizvedeni enolinijski katalizatorji, koncept, ki je v skupini katalizikov vzbudil izjemno nedavno zanimanje.

"Podrobne strukturne stabilnosti in lastnosti, vzpostavljene tukaj, lahko vodijo k paradigmatskemu premiku pri oblikovanju atoma učinkovite katalizatorje, " pravi Wang.

Ultrasmall zlati grozdi, podprti na enojnih kristalnih ceri (CeO2 (111)), so bili izpostavljeni reaktantu ogljikovega monoksida in kisika (CO + O2) z uporabo in situ okoljske elektronske mikroskopije v kombinaciji z računalniškim modeliranjem in ab initio molekularno-dinamičnimi simulacijami. Raziskovalci so opazovali različne strukturne odzive na reaktantni plin, odvisno od velikosti nanodelcev. V ultrazvočnem (več deset atomih) obliki je zlato nanodelce prikazalo dinamične strukturne spremembe pod katalitičnim delovnim pogojem; notranja struktura je bila izgubljena in grozdi postali neurejeni, medtem ko se na površini tvorijo dinamični nizko usklajeni atomi. Simulacije ab initio molekularne dinamike so potrdile te ugotovitve in nadalje razkrile, da bi lahko nastajanje dinamičnih nizko usklajenih atomov prek zlatih karbonilnih vrst delovalo kot dinamična aktivna središča za oksidacijo CO.

Za nekoliko večje nanodelce (do nekaj sto atomov) je bila sicer stabilna obrazna kockasta struktura preoblikovana v neurejeno strukturo pod izpostavljenostjo CO in O 2, ki je postala likvidna in hkrati tvorjena z nizko usklajenimi zlatimi atomi.

V nasprotju s tem so večje nanodelci vzdrževale svojo strukturo, medtem ko so bile izpostavljene lokaliziranim površinskim rekonstrukcijam.

Strukturni odziv na reaktantni plin, ki je odvisen od velikosti, zlasti pri ustvarjanju dinamičnih nizko usklajenih atomov Au v ultrazvokih zlatih delcih, lahko učinkovito spodbudi reakcijo s pomočjo lahkega transporta CO v reakcijske lokacije, s čimer razkriva osnovni vzrok za to, zakaj je majhna velikost pomembna zlata kataliza in zakaj večji zlati nanodelci postanejo inertni.

Ekipa verjame, da je treba narediti več dela, da bi raziskali, kako zlati nanodelci prehajajo iz svoje naročene strukture v neurejeno strukturo in razumejo, ali ta učinek velikosti obstaja tudi v drugih katalitskih sistemih. Iščejo dodatna sredstva in sredstva za podporo razširjenih raziskav na tem področju.

menu
menu