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超快激光为制备出更好的工业催化剂铺平了道路

作者:admin发布时间:2020-11-23分类:产业动态浏览:3评论:0


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原标题:超快激光为制备出更好的工业催化剂铺平了道路

超快激光为制备出更好的工业催化剂铺平了道路 Jake Garcia 正在实验室开展研究工作

美国亚利桑那州立大学(ASU)的Scott Sayres及其团队在最近发表了一项关于超快激光的研究,针对的是不带电氧化铁团簇,这最终可以导致发展出新的和比较廉价的工业用催化剂。这同时还会对更好的理解宇宙比较有帮助,这是因为在星球的发射光谱中也观察到氧化铁的存在。

Sayres是ASU大学分子科学学院的助理教授和应用结构发现的生物设计中心研究所的成员。

超快激光为制备出更好的工业催化剂铺平了道路 超快激光作为催化剂 的示意图

大多数的化学工业中使用催化剂来提高化学反应的速率和选择性的获得理想的制品。例如,催化剂在我们的交通工具中常用的铂,钯和铑来帮助分解污染物的时候,要使用完毕的时候催化剂可以进行转换。

以上提到的三种金属:铂,钯和铑均属于显著的比金子还要贵重的金属,这就导致了花费比铁要多得多。平均来说,一个起催化作用的转换器花费$1,000 的话,但实际上要每个工具花费至少$3,000以上。

在化学工业中,过度金属氧化物广泛的作为多相催化剂而得到应用,Sayres说到,光触媒作用过程包括通过一系列的复杂的化学反应来完成的,并且对这些催化反应的机理的基本的理解目前仍然存在非常缺乏的问题。在分子尺度簇层面的气相研究可以允许我们探测化学反应的活动和稳定状态下的机理的研究。原子簇中原子的精度可以用来识别首选的吸附位置点,形状和氧化的位置以促进化学的转化。

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正在研究的FenOm簇物质具有不同的化学成分, n 和m可以变换,但都小于16。Fe是铁的化学符号,O是氧的化学符号。

这一研究不仅揭示了块体Fe-O化学物材料的稳定碎片,同时还表明了原子层面的成分是如何变化的并会影响这些碎片的稳定性和反应程度。 Jake Garcia说到,他是该论文的第一作者和研究生。

通过解决原子精确材料,诸如铁的氧化物的激发态的动力学问题,我们可以将一个步骤来实现创造出更多的直接的分子层面的催化剂和理解星际介质中可能发生的反应。

Garcia则持续的比较有激情来开展这一工作并在Sayres实验室构建一个实验设备,同时热爱研究同行星与地球科学相关的材料方面的研究。

Ryan Shaffer是在Sayres实验室的一名从事该研究的硕士研究生,是该论文的第二作者。

探测铁氧化物簇

带电团簇的实验是非常常见的,这是因为他们可以通过电力或者磁力来进行质量的选择和随后的单个的反应。离子簇由于他们的净电荷的原因而比凝聚态相类似物和中间态要非常容易的发生反应。

针对中性簇的工作很少有相关报道,这甚至会更好的模仿凝固态相的真实的活性反应区和他们的表面化学。其净电荷显著的影响簇的反应活性,并且该影响在簇的尺寸由于电荷的局部化造成的下降时而变得非常重要。

电子跃迁的时间框架遵循的激发对理解反应动力学问题的理解是非常感兴趣的话题。簇属于原子精确的收集原子的过程,此时单个原子额外的增加或减少会显著的降低簇的反应活性,Sayres说到,在这一工作中我们应用超快泵浦探针光谱学来研究当能量移动而穿过小的Fe的氧化物簇时的速度。

Sayres得出的结论是激发态的生命周期强烈的受到精确原子变化成簇的成分的影响。尤其是,高的金属的氧化态,光激发能的快速度可以转化为振动。他们发现激发态的生命周期严重的依赖于尺寸和氧化的状态。

催化剂广泛的用来减少有害的副产品对环境的影响。提高反应速率,转换成较高的成品且在较低的温度和使用较少的反应物质和简单的材料来实现反应是一直追求的目标。

当采用较高选择性的催化剂的时候,理想产品的大体积生成可以在事实上实现无副产品的生成。汽油,柴油,家用加热油和航空燃料由于其高性能高品质,从而对催化过程要求比较高,从原油进行提炼出来。

使用催化剂在制造药物的时候产生的化学中间体,如同食品工业中的进行催化生产食用产品一样。催化剂在发展新型能源和气候变化以及控制大气中的CO2的排放等方面均具有重要的作用。

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More information: Jacob M. Garcia et al. Ultrafast pump–probe spectroscopy of neutral FenOm clusters (n, m < 16), Physical Chemistry Chemical Physics (2020). DOI: 10.1039/D0CP03889J以及亚利桑那州立大学(Arizona State University)。

标签:催化剂Sayres研究激光工业氧化铁化学反应Garcia原子进行消息资讯Jake


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