Группа исследователей энергетики под руководством Университета городов-побратимов Миннесоты изобрела устройство, которое электронным способом преобразует один металл, чтобы он вел себя как другой, для использования в качестве катализатора в химических реакциях. Устройство, названное «каталитический конденсатор», впервые продемонстрировало, что альтернативные материалы, модифицированные электронным способом для придания новых свойств, могут обеспечить более быструю и эффективную химическую обработку.
Изобретение открывает двери для новых каталитических технологий с использованием катализаторов из недрагоценных металлов для важных приложений, таких как хранение возобновляемой энергии, производство возобновляемого топлива и производство устойчивых материалов.
Исследование опубликовано онлайн в JACS Au, где оно было выбрано в качестве публикации «Выбор редакции». Команда также сотрудничает с Управлением коммерциализации технологий Университета Миннесоты и имеет предварительный патент на устройство.
Химическая обработка в прошлом веке опиралась на использование определенных материалов для производства химических веществ и материалов, которые мы используем в повседневной жизни. Многие из этих материалов, такие как рутений, платина, родий и палладий, обладают уникальными электронными поверхностными свойствами. Они могут действовать как металлы, так и оксиды металлов, что делает их критически важными для контроля химических реакций.
Широкая публика, вероятно, лучше всего знакома с этой концепцией в связи с ростом краж каталитических нейтрализаторов на автомобилях. Каталитические нейтрализаторы ценны из-за содержания в них родия и палладия. На самом деле палладий может быть дороже золота.
Этих дорогих материалов часто не хватает во всем мире, и они стали основным препятствием для развития технологий.
Чтобы разработать этот метод настройки каталитических свойств альтернативных материалов, исследователи полагались на свои знания о том, как электроны ведут себя на поверхности. Команда успешно проверила теорию о том, что добавление и удаление электронов к одному материалу может превратить оксид металла в нечто, имитирующее свойства другого.
«Атомы на самом деле не хотят изменять свое количество электронов, но мы изобрели устройство каталитического конденсатора, которое позволяет нам регулировать количество электронов на поверхности катализатора», — сказал Пол Дауэнхауэр, научный сотрудник Макартура и профессор химической инженерии. материаловедения в Университете Миннесоты, который руководил исследовательской группой. «Это открывает совершенно новую возможность контролировать химию и заставить изобилие материалов действовать как драгоценные материалы».
Устройство каталитического конденсатора использует комбинацию нанометровых пленок для перемещения и стабилизации электронов на поверхности катализатора. Эта конструкция имеет уникальный механизм объединения металлов и оксидов металлов с графеном, чтобы обеспечить быстрый поток электронов с поверхностями, которые можно настроить для химии.
«Используя различные тонкопленочные технологии, мы объединили наноразмерную пленку оксида алюминия, изготовленную из дешевого широко распространенного металлического алюминия, с графеном, который мы затем смогли настроить, чтобы он приобрел свойства других материалов», — сказал Циа Минг Онн, исследователь с докторской степенью в Университете Миннесоты, изготовивший и испытавший каталитические конденсаторы. «Существенная возможность настройки каталитических и электронных свойств катализатора превзошла наши ожидания».
Конструкция каталитического конденсатора имеет широкое применение в качестве базового устройства для ряда производственных приложений. Эта универсальность обусловлена его нанометровым изготовлением, которое включает графен в качестве вспомогательного компонента активного поверхностного слоя. Способность устройства стабилизировать электроны (или отсутствие электронов, называемых «дырками») регулируется с помощью изменения состава сильно изолирующего внутреннего слоя. Активный слой устройства также может включать в себя любой базовый каталитический материал с дополнительными добавками, которые затем можно настроить для достижения свойств дорогих каталитических материалов.
«Мы рассматриваем каталитический конденсатор как платформенную технологию, которую можно внедрить во множество производственных приложений», — сказал Дэн Фрисби, профессор и руководитель факультета химического машиностроения и материаловедения Миннесотского университета и член исследовательской группы. «Основные идеи дизайна и новые компоненты могут быть изменены практически для любой химии, которую мы можем себе представить».
Команда планирует продолжить свои исследования каталитических конденсаторов, применяя их к драгоценным металлам для решения некоторых из наиболее важных проблем устойчивого развития и защиты окружающей среды. Уже реализуется несколько параллельных проектов по хранению возобновляемой электроэнергии в виде аммиака, производству ключевых молекул возобновляемого пластика и очистке потоков газообразных отходов.
Nature: Озвучен способ предотвратить половину случаев онкологии
Специалисты ВОЗ пришли к выводу, что свыше трети случаев злокачественных заболеваний в мире можно предотвратить. По оценкам экспертов, в 2022 году порядка 38% новых диагнозов были коррелированы с факторами риска,…
Астрономы провели уточнение мест поиска внеземных цивилизаций
Международной группой исследователей под кураторством Клемана Видаля из Свободного университета Брюсселя представлен масштабный обзор вероятных техносигнатур — признаков технологической деятельности внеземных цивилизаций. Работа составляет более 100 страниц и объединяет десятки…
Общим предком всех животных, растений и грибов могут быть «асгардийцы»
Ученые долгое время ломали голову над происхождением эукариот — группы живых организмов, характеризующихся клетками с ядром, окруженным мембраной, к которой относятся все животные, растения и грибы. Раскрыв тайны возникновения этих…
МО: за ночь над регионами России сбили 59 украинских БПЛА
Российские средства ПВО с 20:00 мск 25 мая до 07:00 мск перехватили и уничтожили над регионами страны 59 украинских БПЛА самолетного типа. Об этом сообщили в Минобороны России. "В течение…
Мирошник: ВСУ за минувшую неделю ежедневно до 150 раз атаковали Белгородскую область
По словам посла по особым поручениям МИД России, всего за неделю в регионе погибли 5 мирных жителей, еще 41 человек получил ранения Солдаты Вооруженных сил Украины на минувшей неделе до…
Мирошник: за неделю в России от ударов ВСУ погиб 51 мирный житель, 199 получили ранения
Почти 200 человек получили ранения, сообщил посол по особым поручениям МИД РФ Свыше 50 жителей субъектов РФ, включая ребенка, погибли за неделю при ударах Вооруженных сил Украины, почти 200 человек…
Зачем Европа и Киев стараются втянуть Беларусь в войну
«Украина намеренно создает взрывоопасную ситуацию», «Минск и Москва не поддаются на пустые провокаци...
Frontiers: Медленное письмо может быть маркером нарушений работы мозга
Научный коллектив из Университета Эворы установил, что особенности почерка могут говорить о возрастн...
Этот сайт использует файлы «cookie» с целью повышения удобства его использования. Во время посещения сайта вы соглашаетесь с тем, что мы обрабатываем ваши персональные данные с использованием сервиса «Яндекс. Метрика». Продолжая использовать сайт, вы соглашаетесь с Политикой конфиденциальности.
Зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций
(Роскомнадзор). Реестровая запись от 07.06.2022 серия ЭЛ № ФС 77 – 83392. При использовании, полном или частичном
цитировании материалов planet-today.ru активная гиперссылка обязательна. Мнения и взгляды авторов не всегда совпадают с
точкой зрения редакции. На информационном ресурсе применяются рекомендательные технологии (информационные технологии
предоставления информации на основе сбора, систематизации и анализа сведений, относящихся к предпочтениям пользователей
сети "Интернет", находящихся на территории Российской Федерации)".