دانشمندان مناسب دو شرکت کاتالیزور در یک nanosheet برای بهتر تصفیه آب

همکاری از دانشمندان از ملی Synchrotron منبع نور دوم (NSLS-II) — یک دپارتمان انرژی ایالات متحده (DOE) از علوم کاربر تسهیلات در سازمان حفاظت محیط زیست را در آزمایشگاه ملی بروکهیون — دانشگاه ییل و دانشگاه ایالتی آریزونا طراحی شده و تست شده جدید دو بعدی (2-D) کاتالیزور است که می تواند مورد استفاده قرار گیرد به منظور بهبود تصفیه آب با استفاده از پراکسید هیدروژن. در حالی که تصفیه با هیدروژن پراکسید است که سازگار با محیط زیست دوستانه دو بخش فرآیند شیمیایی است که همواره آن را بسیار کارآمد است. تا کنون دانشمندان در تلاش برای بهبود بهره وری از روند طریق تجزیه زیرا هر بخشی از واکنش خود را نیاز دارد کاتالیست — نام شرکت-کاتالیست-و co-کاتالیزور نمی تواند در کنار یکدیگر است.

“ما هدف فراگیر است به منظور توسعه یک ماده است که باعث افزایش کارایی فرایند به طوری که هیچ اضافی درمان شیمیایی از آب لازم خواهد بود. این خواهد بود بسیار مفید برای سیستم های که در حال خاموش-شبکه و دور از مراکز شهری” گفت: Jaehong کیم, Henry P. Becton Sr. استاد مهندسی و صندلی از گروه شیمی و مهندسی محیط زیست در دانشگاه ییل. کیم همچنین عضو Nanosystems مهندسی مرکز تحقیقات فناوری نانو فعال تصفیه آب (نیوت) که تا حدودی در حمایت از این تحقیقات است.

در مقاله اخیر منتشر شده در مارس 11 در مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم (PNAS) این تیم ارائه طرح جدید 2-D کاتالیست و نشان داد ساختار آن از طریق اندازه گیری در NSLS-II. ترفند جدید خود را طراحی شده است که دانشمندان موفق به محل دو شرکت کاتالیزور — یکی برای هر بخشی از واکنش — بر روی دو مکان مختلف در یک نازک nanosheet.

“بسیاری از فرآیندهای نیاز به دو واکنش در یک. این به این معنی است که شما نیاز به دو شرکت کاتالیزور. اما چالش این است که دو شرکت از کاتالیزور را مجبور به ماندن هم جدا شوند در غیر این صورت آنها را در تعامل با یکدیگر و ایجاد یک اثر منفی بر روی کارایی کل فرایند” گفت: الی Stavitski شیمیدان و beamline دانشمند در NSLS-II.

در بسیاری از موارد کاتالیزور ساخته شده از تعداد زیادی از اتم ها به شکل یک کاتالیزوری nanomaterial که ممکن است کوچک به نظر می رسد به یک انسان اما در جهان از واکنش های شیمیایی هنوز هم نسبتا بزرگ است. بنابراین با قرار دادن دو تن از این مواد در کنار یکدیگر بدون آنها تعامل کاملا به چالش کشیدن. برای حل این چالش این تیم در زمان یک مسیر متفاوت است.

“ما با استفاده از یک نازک nanosheet به شرکت میزبان دو شرکت کاتالیزور برای بخش های مختلف واکنش. زیبایی در سادگی آن: یکی از شرکت کاتالیزور — یک کبالت (Co) اتم — نشسته در مرکز ورق در حالی که یکی دیگر یک مولکول به نام anthraquinone قرار داده شده است در اطراف لبه های. این ممکن نخواهد بود با کاتالیزور ساخته شده از نانومواد – پس از آنها خواهد بود ” بیش از حد بزرگ برای این منظور گفت:” کیم.

کیم و تیم او در دانشگاه ییل سنتز این جدید 2-D کاتالیست در آزمایشگاه خود را در زیر دقیق سری از واکنش های شیمیایی و حرارت و جدا کردن مراحل است.

پس از دانشمندان سنتز جدید دو در یک کاتالیزور آنها نیاز به کشف کردن اگر شرکت کاتالیزور باقی بماند از هم جدا در طول یک واکنش واقعی و چگونه به خوبی این جدید 2-D کاتالیزور را انجام می دهد. اما واقعا “دیدن” اتمی ساختار و خواص شیمیایی خود را دو-در-یک کاتالیزور در عمل دانشمندان مورد نیاز دو نوع مختلف از اشعه x: سخت اشعه x و اشعه ایکس. درست مانند نور مرئی و اشعه ایکس آمده در رنگ های مختلف-و یا طول موج — و به جای تماس آنها آبی یا قرمز آنها به نام مناقصه و یا نرم.

“چشم انسان نمی بینم اشعه ماوراء بنفش و یا مادون قرمز نور و ما نیاز ویژه دوربین های دیجیتال به آنها مراجعه کنید. ابزار ما قادر به “دیدن” هر دو سخت و مناقصه اشعه x در همان زمان. بنابراین ما نیاز به دو ابزار مختلف-و یا beamlines — بررسی کاتالیست و مواد مختلف استفاده از اشعه ایکس” گفت: Stavitski.

دانشمندان شروع به تحقیقات خود را در NSLS-II hard x-ray پوسته درونی طیف سنجی (ISS) beamline با استفاده از یک تکنیک به نام x-ray absorption spectroscopy. این روش کمک کرد تا این تیم برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد ساختار محلی جدید 2-D کاتالیزور. به طور خاص آنها پیدا کردن که چگونه بسیاری از همسایه اتم های هر یک از شرکت کاتالیزور است چگونه دور این همسایگان هستند و چگونه آنها را به یکدیگر متصل می شوند.

توقف بعدی در این تحقیقات بود NSLS-دوم مناقصه-Energy X-ray Absorption Spectroscopy (TES) beamline.

“با استفاده از همان روش در TES با مناقصه اشعه x به جای سخت x-rays, ما می توانید ببینید نور عناصر به وضوح. به طور سنتی بسیاری از کاتالیست های ساخته شده از عناصر سنگین مانند کبالت و نیکل و یا پلاتین است که ما می توانید مطالعه با استفاده از سخت اشعه ایکس با این حال ما 2-D کاتالیست نیز شامل مهم فندک عناصر مانند فسفر. بنابراین برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد نقش این عنصر سبک تر ما در دو-در-یک کاتالیزور ما نیز مورد نیاز مناقصه اشعه ایکس” گفت: Yonghua Du یک فیزیکدان و TES beamline دانشمند.

NSLS-دوم TES beamline یکی از چند ابزار در داخل ایالات متحده است که می تواند مکمل های مختلف سخت x-ray قابلیت های ارائه شده توسط مناقصه x-ray imaging and spectroscopic قابلیت های.

پس از آزمایش های خود را به دانشمندان می خواستم تا مطمئن شوید که آنها درک چگونه کاتالیزور کار کرده و تصمیم به شبیه سازی های مختلف نامزد ساختار و خواص خود را.

“ما با استفاده از یک روش به نام نظريه تابعی چگالی به درک ساختار و مکانیسم های کنترل بهره وری از واکنش. بر اساس آنچه که ما آموخته است که از طریق آزمایش و آنچه ما می دانیم درباره چه اتم ها با یکدیگر تعامل ما شبیه سازی چندین نامزد سازه به تعیین که یکی از ترین قابل قبول” گفت: Christopher Muhich استادیار مهندسی شیمی در دانشگاه ایالتی آریزونا و همچنین عضو نیوت.

تنها با ترکیب تخصص خود را در سنتز آزمایش تحلیلی و نظری شبیه سازی می تواند تیم خود را ایجاد کنید 2-D کاتالیست و نشان دادن کارایی آن است. این تیم موافق است که همکاری کلیدی برای موفقیت خود و آنها را از ادامه جستجو برای نسل بعدی از کاتالیزور های مختلف زیست محیطی برنامه های کاربردی.

tinyurlis.gdv.gdv.htu.nuclck.ruulvis.netshrtco.detny.im