Побрз развој - подобри катализатори - ТУМ
Побрз развој - подобри катализатори
Чистењето на издувните гасови на автомобилите е еден од најпознатите каталитички процеси. Но, скоро целата хемиска индустрија се заснова на каталитички реакции. Дизајнот на катализаторот игра клучна улога во подобрувањето на многу процеси. Меѓународен тим научници сега претстави концепт кој елегантно ги поврзува геометриските и адсорпционите својства едни на други. Тие ја демонстрираа ефикасноста на нивниот метод користејќи го примерот на ново развиен платина катализатор за горивни ќелии.
Водородот би бил идеален носач на енергија: Вишокот на енергија на ветерот може да ја разложи водата во нејзините елементи, а водородот може да се користи за напојување на електричните автомобили со горивни ќелии со голема ефикасност. Единствениот издувен гас би бил вода, опсегот ќе биде како и обично. Но, возилата со горивни ќелии се сепак реткости. Платина (Pt) е исклучително скапа и глобалното производство не би било доволно за опремување на сите автомобили.
Една од клучните компоненти на горивната ќелија е платина катализатор, на чија површина се намалува кислородот. Она што е сигурно е дека не целата површина на платина е каталитички активна, туку само неколку особено изложени области, т.н. активни центри.
Тим научници од Техничкиот универзитет во Минхен (ТУМ), Рурскиот универзитет Бохум, olecole normal supérieure (ENS) Лион, Центарот за национална наука (CNRS) и Универзитетот Клод работат на откривање на тоа што претставува активен центар Бернард Лион 1 (Франција) и Универзитетот во Лајден (Холандија).
Студија за моделот
Вообичаен метод за развој на катализатори и за моделирање на процесите што се случуваат на катализаторот е компјутерска симулација на хемиски процеси. Сепак, како што се зголемува бројот на атоми што треба да се пресметаат, квантните хемиски пресметки брзо стануваат исклучително сложени.
Истражувачите сега презентираат нов пристап со метод што го имаат наречено „Заговор за активност на координација“. Ги става својствата на адсорпција на разгледуваната позиција во директна врска со структурата. Основата за ова е „генерализиран број на координација“ (GCN). Ги брои директните соседи на атомот и координативните броеви на неговите соседи (GCN).
Пресметано според новиот метод, типична Pt (111) површина има вредност GCN од 7,5. Од друга страна, оптималниот катализатор треба да постигне вредност 8,3. Поголемиот број соседи потребни за ова може да се постигне, на пример, со специфично вметнување дефекти во платинската површина.
Успешен практичен тест
Со цел да ја докажат точноста на нивниот метод, истражувачите дизајнирале платина-катализатор на компјутерот кој содржел зголемен број на такви активни центри. Тие потоа го произведоа моделот катализатор користејќи три различни синтетички патишта. Во сите три случаи катализаторот покажа три и пол пати поголема каталитичка активност.
„Ова дело отвора потполно нов пат за развој на катализаторот: дизајнирање материјали засновани врз основни геометриски принципи кои се поинформативни од енергетските размислувања“, вели Федерико Кале-Ва Valехо. „Друга предност на методот е тоа што тој е живописно базиран на еден од основни принципи на хемијата, бројот на координација. Ова е значително олеснување за развојот на компјутерски потпомогнатиот катализатор. "
„Со ова знаење, може да се развијат наночестички што содржат значително помалку платина или дури вклучуваат и други каталитички активни метали“, вели професорот Алиаксандр С. Бандаренка, професор по патека на Техничкиот универзитет во Минхен. „И во иднина, ние исто така ќе го примениме нашиот метод и за други катализатори и процеси.
Истражувачката работа беше поддржана со средства од Европската унија во рамките на Иницијативата за горивни ќелии и водород (FCH), Холандската организација за научно истражување (НВО), Германската истражувачка фондација (SFB 749, Иницијатива за наносистеми на кластер на извонредност Минхен (НИМ) и Рур го истражува решението ( РЕСОЛВ)) и енергетскиот сојуз Хелмхолц.
објавување
Наоѓање оптимални површински места на хетерогени катализатори со броење на најблиските соседи, Федерико Кале-Ва -ехо, Јакуб Тимочко, Виктор Чолиќ, Кванг Хуј Ву, Маркус Д. Пол, Карина Моргенштерн, Давид Лофреда, Филип Саутет, Волфганг Шуман, Алиаксандар С. Бандаренка. Наука, 9 октомври 2015 година; ДОИ: 10.1126/наука.ааб3501
Проф. Aliaksandr S. Bandarenka
Технички универзитет во Минхен
Физика на конверзија и складирање на енергија
Jamesејмс-Франк-Ул. 1, 85748 Гархинг, Германија
Тел.: +49 89 289 12531 - Е-пошта - Веб