Η νέα θεωρία δείχνει πώς η στέλεχος κάνει για καλύτερους καταλύτες
Μια νέα θεωρία που αναπτύχθηκε από τους επιστήμονες στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, Berkeley, παρέχει μια θεμελιώδη κατανόηση του τρόπου με τον οποίο η στέλεχος μπορεί να βελτιώσει την καταλυτική δραστηριότητα των υλικών. Η θεωρία, που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Science Advances, θα μπορούσε να βοηθήσει τους ερευνητές να σχεδιάσουν νέους καταλύτες για μια ποικιλία χημικών αντιδράσεων, συμπεριλαμβανομένων εκείνων που εμπλέκονται στην παραγωγή καυσίμων και φαρμακευτικών προϊόντων.
Οι καταλύτες είναι υλικά που επιταχύνουν τις χημικές αντιδράσεις χωρίς να καταναλώνονται στη διαδικασία. Είναι απαραίτητα για ένα ευρύ φάσμα βιομηχανικών διεργασιών, συμπεριλαμβανομένης της παραγωγής βενζίνης, πλαστικών και λιπασμάτων. Ωστόσο, πολλοί καταλύτες είναι ακριβοί και αναποτελεσματικοί και μπορούν επίσης να παράγουν επιβλαβή υποπροϊόντα.
Ένας τρόπος για να βελτιωθεί η απόδοση των καταλυτών είναι να τους τεντώσουμε. Αυτό μπορεί να γίνει εφαρμόζοντας πίεση, τέντωμα ή στρίψιμο του υλικού. Οι τεντωμένοι καταλύτες έχουν αποδειχθεί ότι είναι πιο δραστήριοι και επιλεκτικοί από τους μη εκπαιδευμένους καταλύτες, αλλά δεν ήταν σαφές γιατί.
Η νέα θεωρία που αναπτύχθηκε από τους επιστήμονες του Berkeley παρέχει μια θεμελιώδη εξήγηση για την ενισχυμένη καταλυτική δράση των τεταμένων υλικών. Η θεωρία δείχνει ότι το στέλεχος αλλάζει την ηλεκτρονική δομή του καταλύτη, καθιστώντας την πιο αντιδραστική. Αυτή η αυξημένη αντιδραστικότητα επιτρέπει στον καταλύτη να επιταχύνει τις χημικές αντιδράσεις πιο αποτελεσματικά.
Η θεωρία θα μπορούσε να βοηθήσει τους ερευνητές να σχεδιάσουν νέους καταλύτες για μια ποικιλία χημικών αντιδράσεων. Με την κατανόηση του τρόπου με τον οποίο το στέλεχος επηρεάζει την καταλυτική δραστηριότητα, οι ερευνητές μπορούν να προσαρμόσουν τις ιδιότητες των καταλυτών για να επιτύχουν τα επιθυμητά αποτελέσματα. Αυτό θα μπορούσε να οδηγήσει στην ανάπτυξη πιο αποτελεσματικών και φιλικών προς το περιβάλλον καταλύτες για ένα ευρύ φάσμα βιομηχανικών διεργασιών.
"Η θεωρία μας παρέχει έναν νέο τρόπο σκέψης για την κατάλυση", δήλωσε ο επικεφαλής της μελέτης Dr. Jeffrey Greeley. "Δείχνει ότι το στέλεχος δεν είναι απλώς ένας τρόπος για να βελτιωθεί η απόδοση των υφιστάμενων καταλυτών, αλλά είναι επίσης ένας τρόπος σχεδιασμού νέων καταλυτών με πρωτοφανή δραστηριότητα και επιλεκτικότητα".
Η θεωρία βασίζεται στη λειτουργική θεωρία πυκνότητας (DFT), μια ευρέως χρησιμοποιούμενη μέθοδο για τη μελέτη της ηλεκτρονικής δομής των υλικών. Οι υπολογισμοί DFT πραγματοποιήθηκαν σε μια ποικιλία από τεντωμένους και μη εκπαιδευμένους καταλύτες και τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η τάση άλλαξε σημαντικά την ηλεκτρονική δομή των υλικών. Αυτές οι αλλαγές στην ηλεκτρονική δομή συνδέονταν στη συνέχεια με την ενισχυμένη καταλυτική δράση των τεταμένων υλικών.
Η μελέτη χρηματοδοτήθηκε από το Υπουργείο Ενέργειας των ΗΠΑ, Γραφείο Βασικών Ενεργειακών Επιστημών.
