许多化学物质的催化过程,促进生产和燃料可能变得更加环保由于突破通过研究人员利哈伊和大米的大学。
在11月8日的《自然》杂志上发表的一篇文章化学,研究人员报道了一种新颖的电子显微镜成像研究钨酸的氧化锆固体酸催化剂。基于新的信息从这些图像,研究人员能够设计一个准备过程,催化剂的活动增加了100倍以上。
催化剂是一种物质,加速化学反应的速率本身没有被这个反应。液体酸催化剂广泛应用于生产的许多化学物质,但由于蒸发造成环境问题,泄漏和腐蚀。化工企业正在寻求替代液体与固体酸催化剂,催化剂,可以使用更清洁和处理,因为他们不蒸发,泄漏或导致腐蚀。
Lehigh-Rice团队使用aberration-corrected扫描透射电子显微镜(STEM)和先进的光学显微镜和光谱技术,包括拉曼、红外和ultraviolet-violet可见光谱分析,阐明纳米结构和纳米钨酸氧化锆固体酸催化剂的行为。在其他应用程序中,钨酸氧化锆是用于提高汽油的辛烷值的内容通过一个称为异构化的过程,在这一直链烷烃分子转化成一个支链分子。
团队能够直接形象各种氧化钨物种,包括单体、polymer-like链和事实上的集群,支持在纳米晶体氧化锆基质。催化性能研究表明,最活跃的催化物种氧化钨簇测量直径只有0.8比1海里,混合着一些锆原子发出的支持。纳米是一米的1000000000,约10个氢原子的直径。
团队然后故意把催化地活跃事实上混合氧化tungsten-zirconium集群到钨酸氧化锆催化剂,此前拥有较低的催化活性。发现当穷人催化剂的催化活性提高了两个数量级,团队的假设的身份和结构活性物种在钨酸氧化锆材料被确认。研究人员提出专利申请他们的新催化剂制备方法。
化学性质的文章,题为“识别活跃Zr-WOx集群在氧化锆固体酸催化剂,支持“有6个作者。吴周,第一作者,是材料科学与工程博士生在里海。欧洲杯足球竞彩欧洲杯线上买球其他作者伊丽莎白Ross-Medgaarden,谁获得了化学工程博士学位2007年从里海;威廉·v·诺尔斯,他获得了博士学位化学和生物分子工程从2006年的大米;副教授Michael s . Wong莱斯大学化学和生物分子工程学和化学;以色列e·瓦希利哈伊化学工程教授;克里斯托弗·j·基利,里海的材料科学与工程教授,也是论文的通讯作者。欧洲杯足球竞彩欧洲杯线上买球
这项研究是由美国国家科学基金会通过其纳米跨学科研究团队(NSF-NIRT)计划。欧洲杯线上买球瓦希,他指导的Operando分子光谱学和催化实验室首席研究员在格兰特。利哈伊Nanocharacterization实验室主任基利首席调查员,黄,指导催化和纳米材料实验室大米。欧洲杯足球竞彩
Lehigh-Rice团队还与马修Neurock密切合作,化学工程教授和专家计算和理论催化弗吉尼亚大学。Neurock是co-PI NSF-NIRT项目。
一个老问题的新观点
Lehigh-Rice团队属性的成功使用,第一次在钨酸氧化锆催化剂,aberration-corrected扫描透射电子显微镜(茎)及其集成三个光学光谱techniques-Raman、红外和紫外。只有结合显微镜和光谱研究中,瓦希说,这是可能的在分子水平上获得的见解,需要查明钨酸的酸性氧化锆的起源。
四年前利哈伊大学成为第一个在世界上获得两个aberration-corrected茎仪器。VG HB 603杆可以映射纳米颗粒的化学成分,而JEOL 2200 FS茎无与伦比的成像能力。欧洲杯猜球平台研究人员采用显微镜技术高纬度环形暗场成像(HAADF),它使用一个集中的电子束只有1埃(宽0.1海里),获得清晰的图像支持氧化钨物种。
“HAADF成像的钨酸盐氧化锆催化剂aberration-corrected杆允许,第一次直接成像的各种催化物种存在,”研究人员写道在化学性质。
瓦希,他是国际知名的工作在催化和他的专业知识在拉曼和其他光谱技术,尤其是在反应条件下,说aberration-corrected茎打开了前所未有的窗口的结构和大小催化物种。
“这新一代的aberration-corrected茎让我们终于看到物种的尺寸我们学习,”瓦希说。“我们可以看到单体、二聚体和三聚,以及更大的氧化钨簇”。
aberration-corrected干细胞研究中心的研究人员利用信息与数据获得拉曼、红外和紫外可见光谱,从控制催化剂的测试研究,分子工程师更好的催化剂,瓦希说。光谱学实验进行原位催化是发生在钨酸氧化锆。
瓦希Operando分子光谱和催化实验室是美国最先进的光学光谱仪器催化。高resolution-Raman光谱仪(Horiba科学LabRaman-HR)与红外和紫外可见光谱在一个系统中集成,使多个光谱信息的同时收集相同的催化剂。光学技术也在反应条件下(气-固和aqueous-solid)和废水反应产物的催化反应器细胞与质谱同时监控。实时收集所有信息(纳秒秒范围)。
“这些成像和光谱技术的结合使我们积极的催化部位,沉积在催化剂活性较低,并显示在催化活性提高100倍,”瓦希说。“简而言之,我们已经能够设计、需求,积极分子工程催化剂催化网站。