Web sohbeti mi? Tek atomlu katalizörler ayrıca
Kimyasal reaksiyonlar endüstride "taşları altına çevirme" ve "atıkları hazineye dönüştürme" büyüsüyse, o zaman mükemmel katalizörler, kimyasal reaksiyonları yönlendiren ve kontrol eden "sihirli değneklerdir". Ancak, bu "sihirli değnek" ucuz değildir, genellikle çok nadir bulunan değerli metallerden Au, Pt, Pd, vb. Yapılır.
İnternetten resim
Son yıllarda bilim adamları, katalizör olarak tek bir metal atomu kullanan "tek atomlu katalizörün" siyah teknolojisini keşfettiler. Bu tür tek atomlu katalizör yalnızca çok fazla malzeme maliyetinden tasarruf etmekle kalmaz, aynı zamanda kimyasal koordinasyondaki yüksek derecede doymamışlığı daha iyi kimyasal aktiviteye yol açar ve genellikle yüksek kullanım oranı ve "onda bir" gibi yüksek katalitik kabiliyet elde edebilir.
Doğada, organizmaların katalitik kimyasal reaktivitesi genellikle bitişik reaksiyon alanları arasındaki koordineli işlemlerden yararlanır. Örneğin, biyolojik bir enzimin bağlanma sahası, reaktan adsorbe edildiğinde yapısal bir değişikliğe uğrar ve bitişik bir bölgeye aktarılır ve müteakip reaktantın saha tarafından adsorpsiyonu, işbirlikli adsorpsiyonun arttırılmış etkisini elde etmek için güçlendirilir.
Peki, bu sinerjistik etki tek atomlu katalizörlerde var mı? Dağınık tek atomlu katalizörler yalnızca "bireysel olarak mı savaşıyor" yoksa "bir kahraman ve üç çete" mi?
İnternetten resim
Bu soruları göz önünde bulundurarak, Çin Bilim ve Teknoloji Ulusal Araştırma Merkezi, Çin Bilim ve Teknoloji Üniversitesi Jiang Jun Grubu'ndan Doçent Araştırmacı Zhang Guozhen, Çin Bilim ve Teknoloji Üniversitesi'nden Sınıf arkadaşı Li Qinkun ve Doçent Li Xiaofei ve Çin Elektronik Bilim ve Fe Teknolojisi Üniversitesi'nden Doçent Li Xiaofei, demir tek atomlarını incelemek için kuantum kimyası hesaplamaları () kullandı. Katalizörler arasında sinerjik etki.
Bir grafen ağı tarafından desteklenen iki demir tek atomlu bir katalizör (FeN3-FeN3 @ grafen) oluşturmak için nitrojen atomları aracılığıyla bir grafen malzeme parçasına iki ayrı demir atomu sabitlediler.
Tek bir demir atomu bir karbon monoksit molekülünü emdiğinde, elektronik yapısının değiştiğini buldular. Daha sonra bu tek demir atomu, grafenin "ağ bağlantısı" yoluyla yakındaki başka bir tek demir atomuna bir yük aktarım sinyali gönderir ve eşzamanlı olarak değişmesini sağlar. Bu sırada, grafen ağı aracılığıyla tek demir atomları arasında bir "ağ sohbeti" başlatılmış gibi, şaşırtıcı bir uzun mesafeli koordineli elektronik dönüş geçişi (işbirlikli dönüş geçişi) gerçekleşti.
Karbon monoksit moleküllerinin adsorpsiyonu, grafen tarafından desteklenen komşu demir tek atomlu katalizörler arasında sinerjik elektronik dönüş değişikliklerine yol açar.
Yukarıdaki şekilde gösterildiği gibi, araştırmacılar iki karbon monoksit molekülünü sırasıyla iki bitişik demir tek atom bölgesinde adsorbe ettiler.Karbon monoksit molekülleri iki bitişik demir tek atomunun koordineli elektronik yapı değişikliklerini indükleyerek tüm sistemin ferrimanyetik bir durum yaşamasına neden oldu ( FM1) -antiferromanyetik durum (AFM1) -ferromanyetik durum (FM2) -antiferromanyetik durum (AFM2) salınımlı uzun menzilli spin değişiklikleri.
Bu fenomen, komşu demir atomları arasında sinerjistik bir etki olduğunu ve sinerjik etkinin moleküler adsorpsiyonla kontrol edilebileceğini gösterir. Daha da önemlisi, bu keşif, oldukça iletken grafen ağının farklı tek atomlu siteleri birbirine bağlayan bir köprü olduğunu gösteriyor. Grafen malzemelerin yardımıyla, katalizör siteleri artık alt tabakadaki adalar değil, birbirleriyle ilişkili adalardır; sinyalleri grafen "web sohbet" yoluyla iletebilir ve harici bozulmalara eşzamanlı olarak yanıt verebilirler. Bu şekilde, tek atomlu bir katalizör artık izole edilmiş aktif bölgelerin basit bir birikimi değildir.
Tek atomlu katalizörlerin "yakın komşu etkisi" önemli olduğunda, "koordineli katalizin" çok önemli hale geleceği öngörülebilir ve bu da, insanların tek atomlu katalizörlerin yalnızca "tek asker savaşında" iyi olduğu konusundaki ilk anlayışını bozacaktır.
İnternetten resim
Araştırmacılar, ortak kataliz olgusunun tek atomlu katalizör sistemlerinde yaygın olabileceğine inanıyor. Bu temelde, tek atomlar arasında "ağ sohbet" iletişimi sağlamak için grafen gibi iki boyutlu malzemelerin kullanılması, katalizör sahasının dönüşünü ayarlamak, adsorpsiyon gücünü değiştirmek ve reaksiyon yolunu değiştirmek gibi tek atomlu katalizörlerin performansını düzenleyebilir. Ve bunun gibi, yeni fikirler sağlayın.
Önemlisi, bu araştırma aynı zamanda güçsüz tek atomlu katalizörün çok atomlu sinerjistik aktivasyon reaksiyonu için bir çözüm sağlar.Makul bir komşu tek atomlu sistem tasarlayarak, komşu tek atomlu bölgeler görevlerini koordineli reaksiyonda yerine getirebilirler. ", farklı reaktanları aynı anda aktive eder, böylece çok atomlu sinerjistik reaksiyondaki tek atomlu katalizör boşluğunu oluşturur.
Kısacası, bu teorik araştırma sayesinde, daha iyi formüller tasarlamaya yardımcı olabilecek "tek atomlu" sihirli değnek ilkesine dair yeni bir anlayışa sahibiz, böylece "altına taş" tekniği insanlığa daha iyi hizmet edebilir.
