PусскийПросмотры:0 Автор:Pедактор сайта Время публикации: 2023-02-02 Происхождение:Работает
Каталитические нейтрализаторы, которые были широко внедрены в американских автомобилях в 1970-х годах, используют драгоценные металлы в качестве катализаторов, помогающих очищать смертельные и вредные химические вещества из выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания. Поскольку цены на драгоценные металлы продолжают расти, растет и количество краж каталитических нейтрализаторов.
В недавних исследованиях, появившихся в Природные коммуникации и Журнал Американского химического обществаИсследователи UCF показали, что они могут, соответственно, использовать атомарную платину для контроля выбросов и работы системы при более низких температурах, что имеет решающее значение для удаления вредных химических веществ при первом запуске автомобиля.
Точная настройка местоположения атома платины
В Природные коммуникации В исследовании исследовательские группы UCF под руководством Фудуна Лю, доцента кафедры гражданского, экологического и строительного проектирования, и Талата Рахмана, выдающегося профессора Pegasus на кафедре физики, успешно построили одиночные атомы платины с различной атомной координационной средой в определенных местах на планете. церий. Церий — это оксид металла, который помогает улучшить эффективность каталитической реакции.
Лю и Рахман также связаны с Кластером катализа возобновляемых источников энергии и химических преобразований (РЕАКТ).
По словам исследователей, атомы платины продемонстрировали поразительно различное поведение в каталитических реакциях, таких как окисление угарного газа и окисление аммиака в системе дополнительной очистки выхлопных газов дизельного двигателя.
В результате окисления смертоносный угарный газ превращается в углекислый газ, а вредный аммиак — в молекулы азота и воды.
Их результаты показывают, что каталитическую эффективность одноатомных катализаторов в целевых реакциях можно максимизировать за счет оптимизации их локальных координационных структур с помощью простых и масштабируемых в промышленности стратегий, говорит Лю.
«Объединив расчеты электронной структуры с новейшими экспериментами, команды Лю и Рахмана совершили прорыв, который может принести значительную пользу сообществу гетерогенного катализа в разработке высокоэффективных одноатомных катализаторов как для экологических, так и для энергетических нужд», ', - говорит Лю.
«Мы успешно разработали простую стратегию выборочной точной настройки локальной координационной среды одиночных атомов платины для достижения удовлетворительных каталитических характеристик в различных целевых реакциях, что подтолкнет понимание одноатомного катализа на значительный шаг вперед», — он говорит.
Рахман говорит, что их совместная работа демонстрирует, как теория и эксперименты, работающие в тандеме, могут раскрыть микроскопические механизмы, ответственные за усиление каталитической активности и селективности.
Эффективный катализатор окисления угарного газа
В Журнал Американского химического общества В исследовании Лю и его коллеги из Технологического института Вирджинии и Пекинского технологического университета значительно улучшили эффективность очистки окиси углерода платино-церий-глиноземным катализатором в 3,5–70 раз по сравнению с регулярно используемыми платиновыми катализаторами.
Они сделали это посредством точного контроля координационных структур платины на атомном уровне на доступной в промышленности подложке из церия-оксида алюминия.
«Локальная структура активного центра катализатора определяет его каталитическую эффективность», — говорит Лю. «Однако точный контроль локальной координационной структуры активных центров и выяснение внутренних связей между структурой и характеристиками представляют собой серьезную проблему в области гетерогенного катализа».
«Мы работали над контролем локальной координационной структуры металлических центров на атомном уровне, разработали высокоэффективный катализатор для реакций, связанных с очисткой окружающей среды, и выявили взаимосвязь между структурой и характеристиками недавно изготовленных катализаторов, чтобы определить будущую конструкцию катализатора». ', говорит он.
Используя стратегию обогащения поверхностных дефектов, Лю и его команда сообщили об успешном изготовлении однослойных атомных платиновых и одноатомных структур платины с точно контролируемой локальной координационной средой на подложках из церия-глинозема.
Используя кольцевую сканирующую трансмиссионную электронную микроскопию в темном поле под большим углом, один из ключевых соавторов, Юэ Лу из Пекинского технологического университета, непосредственно наблюдал, что однослойные атомные структуры платины и одноатомные структуры платины, показывающие 100% обнажение металла, были встроены в решетка церия или адсорбируется на поверхности церия.
Встроенная однослойная атомная позиция платины показала наибольшую эффективность очистки монооксида углерода, которая в 3,5 раза превышала эффективность адсорбированной однослойной атомной платины и в 10–70 раз превышала эффективность одноатомной позиции платины.
В сотрудничестве с исследовательской группой Хунляна Синя из Технологического института Вирджинии, как на основе экспериментальных, так и теоретических аспектов, команда пришла к выводу, что уникальная встроенная однослойная структура атомов платины может способствовать активации межфазных форм кислорода и, таким образом, способствовать окислению угарного газа при низких температурах.
Эта работа очень важна, поскольку она поможет сообществу специалистов по экологическому катализу лучше разрабатывать более активные металлические катализаторы со 100%-ной эффективностью использования металлов для целевых экологических применений, говорит Лю.
«Мы показали, как контролировать и использовать структуры одноатомных, атомных однослойных и кластерных узлов металла в реакциях, связанных с контролем выбросов, и как понимать их взаимосвязь между структурой и характеристиками, используя как экспериментальные, так и теоретические подходы моделирования», — Лю говорит. «Это проложит путь к будущей разработке экологических катализаторов на атомном уровне и позволит достичь высокой эффективности в практическом применении».