Ulusal Tayvan Üniversitesi’ndeki bir araştırma ekibi, tek metal atomlarının elektrokimyasal reaksiyonlar sırasında yapılarını ve elektronik konfigürasyonlarını nasıl dinamik olarak adlandırdığını ve karbondioksitin verimliliğini önemli ölçüde iyileştirdiğini keşfetti (CO2) dönüşüm.
Gerçek zamanlı operando röntgen tekniklerini kullanarak, bilim adamları bu atomların çalışma koşulları altında nasıl davrandığını izlediler ve katalitik performanslarına bağlı önemli bir elektronik imza ortaya çıkardılar. Çalışma şurada yayınlandı Amerikan Kimya Derneği Dergisi.
Çalışma atomik olarak dağılmış geçiş metal azot-karbon katalizörlerine odaklanmaktadır-azot katkılı karbon çerçeveleri içinde nikel (Ni), demir (Fe) ve manganez (MN) gibi metallerin bireysel atomlarını barındıran malzemeler. Bu katalizörler, dönüştürme co’sunda yüksek verimlilikleri ile bilinir.2 Yakıt ve kimyasallar üretmek için değerli bir endüstriyel hammadde olan karbon monoksit (CO).
Bu çalışmayı ayıran şey, araştırmacıların reaksiyon meydana geldikçe katalizörlerin hem geometrik hem de elektronik yapılarındaki değişiklikleri doğrudan gözlemlemelerine izin veren operando zamana bağlı X-ışını absorpsiyon spektroskopisini kullanmasıdır.
Bulgular, belirli bir elektronik durumun-yarı dolu bir Dzıpla2 Merkezi metal atomunda yörünge – yüksek katalitik aktivite için anahtar bir faktördür. Bu yörünge, CO ile optimum bağlanmayı sağlar2 Reaksiyon ara maddeleri, daha hızlı ve daha seçici CO üretimine yol açar.
Test edilen tüm katalizörler arasında, nikel en verimli olarak ortaya çıktı. Çalışma koşulları altında, NI atomları kare piramidal bir konfigürasyona geçti ve arzu edilen yarım dolu D’yi stabilize ettizıpla2 durum. Aksine, tamamen dolu veya boş dalı metallerzıpla2 Bakır ve çinko gibi orbitaller önemli ölçüde daha düşük performans gösterdi.
Bu çalışma sadece atomik ölçekte katalitik mekanizmalar anlayışımızı derinleştirmekle kalmaz, aynı zamanda daha verimli karbon geri dönüşüm sistemlerine de yol açar. Net yapı-aktivite ilişkilerini belirleyerek, bulgular küresel karbon emisyonlarının üstesinden gelmek için yüksek performanslı, düşük maliyetli katalizörler geliştirmek için bir yol haritası sunmaktadır.
“Bu çalışma, tek atomların CO’yu geliştirmek için çevrelerine nasıl dinamik olarak adapte olduklarına dair ilk gerçek zamanlı gözlemi sağlar.2 Dönüşüm ve yörünge seviyesi mühendisliğine dayanan yeni nesil katalizörler tasarlamak için yeni bir yol açıyor, “dedi Prof. Hao-Ming Chen.
