อนุภาคนาโน: จังหวะที่ซับซ้อนของเคมี
โดย:
SD
[IP: 89.44.201.xxx]
เมื่อ: 2023-04-28 15:22:15
จนถึงขณะนี้ ความแตกต่างเหล่านี้มักจะไม่ได้รับการพิจารณาในการวิจัยการเร่งปฏิกิริยาเนื่องจากเป็นเรื่องยากมากที่จะได้รับข้อมูลเกี่ยวกับตัวปฏิกิริยาเคมีและโครงสร้างพื้นผิวของตัวเร่งปฏิกิริยาในเวลาเดียวกัน ที่ TU Wien (เวียนนา) ขณะนี้ประสบความสำเร็จโดยการรวมวิธีการทางจุลทรรศน์ต่างๆ เข้าด้วยกัน: ด้วยความช่วยเหลือของกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบสนามและกล้องจุลทรรศน์ไอออนแบบภาคสนาม ทำให้สามารถเห็นภาพการเกิดออกซิเดชันของไฮโดรเจนบนอนุภาคนาโนโรเดียมเดี่ยวแบบเรียลไทม์ที่ความละเอียดระดับนาโนเมตร . สิ่งนี้เผยให้เห็นผลกระทบที่น่าประหลาดใจที่จะต้องนำมาพิจารณาในการค้นหาตัวเร่งปฏิกิริยาที่ดีกว่าในอนาคต ผลลัพธ์ได้ถูกนำเสนอในวารสารวิทยาศาสตร์Scienceแล้ว จังหวะของปฏิกิริยาเคมี Prof. Günter Rupprechter จาก Institute of Materials Chemistry แห่ง TU Wien กล่าวว่า "ในปฏิกิริยาเคมีบางอย่าง ตัวเร่งปฏิกิริยาสามารถสลับไปมาระหว่างสถานะที่ทำงานอยู่และไม่ได้ใช้งานเป็นระยะๆ "การสั่นของสารเคมีที่คงอยู่ได้เองสามารถเกิดขึ้นได้ระหว่างสองรัฐ นักเคมี Gerhard Ertl ได้รับรางวัลโนเบลสาขาเคมีจากการค้นพบนี้ในปี 2550" นี่เป็นกรณีของอนุภาคนาโนโรเดียม ซึ่งใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาสำหรับปฏิกิริยาออกซิเดชันของไฮโดรเจน ซึ่งเป็นพื้นฐานของเซลล์เชื้อเพลิงทุกเซลล์ ภายใต้เงื่อนไขบางอย่าง อนุภาคนาโนสามารถแกว่งไปมาระหว่างสถานะที่โมเลกุลออกซิเจนแตกตัวบนพื้นผิวของอนุภาคกับสถานะที่จับกับไฮโดรเจน ออกซิเจนที่รวมอยู่ในตัวจะเปลี่ยนพฤติกรรมของพื้นผิว "เมื่ออนุภาคโรเดียมสัมผัสกับบรรยากาศของออกซิเจนและไฮโดรเจน โมเลกุลของออกซิเจนจะถูกแยกออกเป็นอะตอมเดี่ยวๆ ที่ผิวโรเดียม อะตอมของออกซิเจนเหล่านี้สามารถเคลื่อนที่ลงไปใต้ชั้นโรเดียมบนสุดและสะสมเป็นออกซิเจนใต้ผิวได้" ศ. ยูริ ซูเคอร์สกี ผู้เขียนคนแรกของการศึกษา เมื่อมีปฏิสัมพันธ์กับไฮโดรเจน อะตอมออกซิเจนที่เก็บไว้เหล่านี้สามารถถูกนำออกมาอีกครั้งและทำปฏิกิริยากับอะตอมของไฮโดรเจน จากนั้น มีห้องอีกครั้งสำหรับอะตอมออกซิเจนเพิ่มเติมภายในอนุภาค โรเดียม และวัฏจักรเริ่มต้นอีกครั้ง "กลไกป้อนกลับนี้ควบคุมความถี่ของการแกว่ง" ยูริ ซูชอร์สกีกล่าว จนถึงขณะนี้ เชื่อกันว่าการแกว่งของสารเคมีเหล่านี้เกิดขึ้นพร้อมๆ กันในจังหวะเดียวกันตลอดทั้งอนุภาคนาโน ท้ายที่สุดแล้ว กระบวนการทางเคมีในแง่มุมต่างๆ ของพื้นผิวอนุภาคนาโนจะถูกเชื่อมโยงเชิงพื้นที่ เนื่องจากอะตอมของไฮโดรเจนสามารถย้ายจากด้านหนึ่งไปยังอีกด้านที่อยู่ติดกันได้อย่างง่ายดาย อย่างไรก็ตาม ผลจากกลุ่มวิจัยของ Prof. Günther Rupprechter และ Prof. Yuri Suchorski แสดงให้เห็นว่า แท้จริงแล้ว สิ่งต่าง ๆ ซับซ้อนกว่านั้นมาก: ภายใต้เงื่อนไขบางประการ การมีเพศสัมพันธ์เชิงพื้นที่จะถูกยกขึ้น และใบหน้าที่อยู่ติดกันก็แกว่งไปมาด้วยความถี่ที่แตกต่างกันอย่างมาก และในบางส่วน บริเวณของอนุภาคนาโน "คลื่นเคมี" ที่สั่นเหล่านี้จะไม่แพร่กระจายเลย "สิ่งนี้สามารถอธิบายได้ในระดับอะตอม" ยูริ ซูชอร์สกีกล่าว "ภายใต้อิทธิพลของออกซิเจน แถวของอะตอมโรเดียมที่ยื่นออกมาสามารถโผล่ออกมาจากพื้นผิวเรียบได้" แถวของอะตอมเหล่านี้สามารถทำหน้าที่เป็น "ตัวทำลายคลื่น" และขัดขวางการเคลื่อนย้ายของอะตอมไฮโดรเจนจากด้านหนึ่งไปยังอีกด้านหนึ่ง - ด้านข้างจะแยกออกจากกัน หากเป็นกรณีนี้ แต่ละด้านสามารถสร้างการสั่นของความถี่ที่แตกต่างกันได้ Günther Rupprechter กล่าวว่า "ในแง่มุมที่แตกต่างกัน อะตอมของโรเดียมจะถูกจัดเรียงต่างกันบนพื้นผิว" "นั่นคือเหตุผลที่การรวมตัวของออกซิเจนภายใต้ด้านต่างๆ ของอนุภาคโรเดียมยังดำเนินไปในอัตราที่ต่างกัน ดังนั้นการแกว่งด้วยความถี่ที่แตกต่างกันจึงส่งผลให้เกิดแง่มุมที่แตกต่างกันทางผลึกศาสตร์" ปลายซีกโลกเป็นแบบจำลองอนุภาคนาโน กุญแจสำคัญในการคลี่คลายพฤติกรรมทางเคมีที่ซับซ้อนนี้อยู่ที่การใช้ปลายโรเดียมละเอียดเป็นแบบจำลองสำหรับอนุภาคนาโนตัวเร่งปฏิกิริยา มีการใช้สนามไฟฟ้า และเนื่องจากผลของการขุดอุโมงค์ทางกลเชิงควอนตัม อิเล็กตรอนสามารถออกจากส่วนปลายได้ อิเล็กตรอนเหล่านี้ถูกเร่งในสนามไฟฟ้าและชนกับหน้าจอ ซึ่งภาพฉายของทิปจะถูกสร้างขึ้นด้วยความละเอียดประมาณ 2 นาโนเมตร ตรงกันข้ามกับกล้องจุลทรรศน์แบบส่องกราด ซึ่งตำแหน่งพื้นผิวจะถูกสแกนทีละจุด การถ่ายภาพแบบขนานดังกล่าวจะแสดงภาพอะตอมของพื้นผิวทั้งหมดพร้อมกัน มิฉะนั้น จะไม่สามารถตรวจสอบการซิงโครไนซ์และการซิงโครไนซ์ของการสั่นได้ ข้อมูลเชิงลึกใหม่เกี่ยวกับปฏิสัมพันธ์ของแต่ละแง่มุมของอนุภาคนาโนสามารถนำไปสู่ตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น และให้ข้อมูลเชิงลึกของอะตอมเชิงลึกเกี่ยวกับกลไกของจลนพลศาสตร์ของปฏิกิริยาที่ไม่ใช่เชิงเส้น การก่อตัวของรูปแบบ และการมีเพศสัมพันธ์เชิงพื้นที่
- ความคิดเห็น
- Facebook Comments
