Birçok modern endüstriyel süreç karmaşık kimyaya bağlıdır. Gübre üretimini ele alalım, örneğin: bunu yapmak için şirketler önce önemli bir bileşen olan amonyak üretmelidir.
Bu kimyasal süreçler, tüketilmeden veya istenmeyen yan ürünler yaratmadan reaksiyonları hızlandıran kendi maddelerine – katalistlerin bileşenlerine ihtiyaç duyar.
“Tek atom” veya “atomik olarak dağılmış” katalizör olarak bilinen ortaya çıkan bir katalizör türü, endüstriyel süreçleri daha temiz ve daha verimli hale getirme potansiyeli için çok dikkat çekiyor. Akademik dergiler onlar üzerinde yapılan çalışmalarla dolup taşıyor.
Şimdi, Top Scientific Journal’ın editörünün davetiyesi sayesinde, bir Virginia Üniversitesi Kimya Mühendisi tüm değişiklikleri anlamıyor ve gelecekteki atılımların yolunu gösteriyor.
Nasıl oldu
Bir editör Doğa kimyası Son zamanlarda, UVA Mühendislik ve Uygulamalı Bilimler Okulu’nda mühendislik yardımcı doçenti olan Jason Bates tarafından yazılan göze çarpan bir dergi makalesi Peer Review. Editör bir davetiye e -posta gönderdi: Bates, uygun titizlik ve tekrarlanabilirliği sağlamak için atomik olarak dağılmış katalizörlerin nasıl araştırılacağı hakkında bir bakış açısı yazabilir mi?
Editör Bates’e verdiği demeçte, bu yeni kataliz araştırması alanındaki yayın sunumları artıyor, ancak çoğu zaman araştırmacıların iddiaları bilimlerine dayanarak sunduklarından daha fazlasını vaat ediyor.
Bates kabul etti. “Moleküler hassasiyetle heterojen katalizörlerin tasarlanmasında ilerleme ve tuzaklar” makalesi tarafından yayınlandı. Doğa kimyası Şubat ayında.
“Umarım yeni şeyleri daha hızlı keşfedebilmemiz için araştırmayı doğru yönlere yönlendirir,” dedi Bates, “yanıltıcı sonuçlar vermeden.”
Atomik olarak dağılmış katalizörler nelerdir?
Katalizörler, verimliliği artırmak, maliyetleri düşürmek ve çevresel etkiyi azaltmak için endüstride yaygın olarak kullanılmaktadır. Genellikle iki kategoriye girerler.
Sıvı içinde çözünmüş homojen katalizörler, kesin kontrol ve tutarlı sonuçlar sunar. Ancak pahalı ve farmasötikler gibi yüksek değerli, küçük ölçekli üretim için en uygun olanlardır.
Katı ve büyük ölçeklerde kullanılan heterojen katalizörler, yakıt rafinasyonu ve gübre üretimi gibi güç endüstrileri. Bunlar genellikle bir destek malzemesi üzerinde ortaya çıkan platin veya demir gibi küçük metal atom kümelerinden oluşur.
Ancak geleneksel heterojen katalizörler zorlu çalışma koşullarında yıpranabilir. Zamanla yapıları ve etkinlikleri azalır.
Atomik dağınık katalizörler her iki dünyanın en iyisini birleştirmeyi amaçlamaktadır: homojen sistemlerin hassasiyeti heterojen olanların dayanıklılığı ve ölçeklenebilirliği ile. Metal kümeler yerine, reaksiyon bölgeleri olarak hizmet eden katı bir yüzeye tutturulmuş tek metal atomları kullanır.
“Çekici,” dedi Bates, “çünkü onları homojen bir katalizörün özgüllüğü ile tasarlayabilirsiniz, ancak heterojen bir ortam gibi pratik ortamlarda işlev görürler.”
Bu önemlidir, çünkü birçok endüstriyel süreç mevcut teknoloji ile zaten en yüksek verimliliğe ulaşmıştır. Tekrar amonyak üretimi alın: Sürecin kendisi küçük co₂ yayarken, ihtiyaç duyduğu hidrojeni yapmak – çünkü hidrojen fosil yakıtlardan geliyor.
Bates, “Yani, hidrojeni daha az karbon yoğun bir şekilde yapmak için yeni yollara ihtiyacımız var.” Dedi. “Atomik olarak dağılmış katalizörler çözümün bir parçası olabilir.”
Bulmacayı bir araya getirmek
Atomik dağınık katalizörler hassas tasarıma izin verir – ancak hala karmaşık sistemlerdir. Bunları test etmek ve karakterize etmek, Bates’in çok sık atlandığını veya acele ettiğini iddia ettiği özenli iş gerektirir.
Yapılarını bir yapboz bulmacasına benzetiyor. Parçaları bulmak için birçok yöntem vardır, ancak tam bir resim elde etmek için monte edilmelidirler.
“Birçok araştırmacı tek parça bırakacak ve şimdi alternatif hipotezleri ve teknikleri dikkate almadan bulmacanın geri kalanının nasıl göründüğünü biliyorum.” Dedi. “Bu alandaki araştırmanın gerçeği, neredeyse hiç bulmacanın her parçasını alamamanızdır.”
Bates, alanın yavaşlaması ve tekrarlanabilir, titiz bilime odaklanması gerektiğine inanıyor. Ancak o zaman, araştırmacıların ne yaptıklarını ve nasıl daha iyi hale getirileceğini güvenle anlayabiliyor.
Makalesi zaten bir akor vurdu. E. Charles Sykes, Tufts Üniversitesi’nde kimya profesörü Bates’in çalışmalarını gözden geçiren Doğa kimyasıDikkat Çağrısı ile anlaştı.
Sykes, “Atomik olarak dağılmış yeni katalizörlerin sayısız raporları genellikle iyi karakterize edilmez veya test edilmez. Bu, temel içgörüleri sınırlar.” Dedi. “Jason’ın incelemesi, ortak tuzakların çoğuna dikkat çekiyor ve sürekli büyüyen topluluk için bir rehber olarak hizmet etmeli.”
