Populære Innlegg

Redaksjonens - 2019

Kjemikere følger molekyler ned 'nanowells', sporkatalytiske reaksjoner i nanokonfigurasjon

Anonim

Kjemikere har målt effektene av nanokonfigurasjon i katalyse ved å spore enkeltmolekyler mens de dykker ned "nanowells" og reagerer med katalysatorer i bunnen.

annonse


Brønnene i disse forsøkene er bare en gjennomsnittlig 2, 3 milliarder av en meter bred og rundt 80 til 120 milliarderste meter meter dyp. Disse små kanalene gir tilgang til en platinakatalysator som er sandwichet mellom de faste kjerner og porøse skall av kiselsyferkuler. Og de hjelper et team av kjemikere å forstå hvordan slik nanokonfigurasjon av katalysatorer påvirker reaksjonene.

Tidligere studier av reaksjonene har vært begrenset til teoretisk arbeid med forenklede modeller og eksperimenter som følger en samling av molekyler. Denne studien var i stand til å samle enkeltmolekyledata fordi eksperimentet skapte et fluorescerende molekyl som kunne lyses, avbildes og spores - selv i nanokonfigurasjon.

"Denne nanoconfinement-effekten er ikke godt forstått, spesielt på et kvantitativt nivå, " sa Wenyu Huang, en Iowa State University-lektor i kjemi og en tilknyttet US Department of Energy's Ames Laboratory.

Et nytt papir som nylig ble publisert på nettet av tidsskriftet Nature Catalysis, rapporterer at i dette tilfellet er "reaksjonsraten betydelig økt i nærvær av nanokonfigurasjon", skrev Huang og et lag med medforfattere.

Huang og Ning Fang, lektor i kjemi ved Georgia State University i Atlanta, er ledende forfattere av papiret. Et treårig, $ 550.000 stipend fra National Science Foundation støttet prosjektet.

Huangs Iowa State Lab opprettet, studerte og beskrev flerlags sfærer og deres nanowells med foreskrevet lengde. Fangs laboratorium ved Georgia State brukte laser- og mikroskopisk billedteknologi til å spore molekylene og måle reaksjonene.

Det var en stor utfordring for forskerne. Slike målinger hadde aldri blitt tatt eksperimentelt "på grunn av de tilsynelatende uoverstigelige tekniske utfordringene ved å spore enkeltmolekyler dynamisk i komplekse nanoporøse strukturer under reaksjonsbetingelser", skrev kjemikerne i deres papir.

De utviklet imidlertid en eksperimentell teknikk som vellykket spore mer enn 10.000 molekyler i en modell katalytisk reaksjon. (Reaksjonen involverte et molekyl som heter amplexrød som reagerer med hydrogenperoksid på overflaten av platina nanopartikler for å generere et produktmolekyle kalt resorufin, som er et høyt fluorescerende molekyl.)

I tillegg til å finne at nanokonfigurasjonen økte reaksjonshastigheten viste eksperimentene at det var mindre adhesjon av molekylene til overflaten av platin nanopartikler.

Nå som de har demonstrert sine eksperimentelle teknikker og laget opprinnelige konklusjoner, planlegger kjemikerne å utvide sitt prosjekt.

"Når vi forstår denne modellen, kan vi se på mer kompliserte reaksjoner, " sa Huang.

Og det kan føre til bedre katalysatorer.

Som kjemikerne skrev i deres papir, "Dette arbeidet baner vei for forskning for å kvantitativt differensiere, evaluere og forstå de komplekse nanokonfigurasjonseffektene på dynamiske katalytiske prosesser, og dermed lede den rasjonelle utformingen av høyytende katalysatorer."

annonse



Historie Kilde:

Materialer levert av Iowa State University . Merk: Innholdet kan redigeres for stil og lengde.


Tidsreferanse :

  1. Bin Dong, Yuchen Pei, Fei Zhao, Tian Wei Goh, Zhiyuan Qi, Chaoxian Xiao, Kuangcai Chen, Wenyu Huang, Ning Fang. In situ kvantitativ enkeltmolekylstudie av dynamiske katalytiske prosesser i nanokonfigurasjon . Nature Catalysis, 2018; DOI: 10.1038 / s41929-017-0021-1