علوم آزمایشگاهی

استفاده پایدارتر از مواد خام

بینش در مورد اکسیداسیون هیدروکربن ها در پنتوکسید وانادیوم راه را برای طراحی جدید کاتالیزور هموار می کند.

توضیح تجربی ساختارهای سطح مشترک بین یک کاتالیزور فعال و مولکول های واکنش دهنده، کلید درک اساسی کاتالیز ناهمگن است. محققان مؤسسه فریتز هابر از انجمن ماکس پلانک ، طیف ارتعاشی پنتوکسید وانادیم را که یک کاتالیزور مهم برای سنتز محصولات ارزشمند از طریق واکنش مولکول‌های آلی با اکسیژن فاز گاز است، مجدداً اختصاص داده‌اند و بنابراین توانسته‌اند مشخص کنند که کدام مراکز در فعال شدن مولکول اکسیژن و اکسیداسیون هیدروکربن ها نقش دارند.
در ساختار کریستالی پنتوکسید وانادیم، سه نوع مختلف اتم اکسیژن با نحوه پیوند اتم‌های وانادیوم همسایه متمایز می‌شوند. طیف ارتعاشی اکسید اندازه‌گیری شده توسط طیف‌سنجی رامان زمانی که اتم‌های اکسیژن با جرم اتمی منظم 16 با ایزوتوپ اکسیژن سنگین‌تر با جرم 18 مبادله می‌شوند، متفاوت است. محققان اکنون طیف‌های رامان را برای مواردی شبیه‌سازی کرده‌اند که تنها یکی از این سه مورد. موقعیت ها در جامد یا هر سه توسط یک اتم اکسیژن سنگین تر اشغال شده است. با مقایسه طیف های محاسبه شده با طیف های اندازه گیری شده در حضور اکسیژن با برچسب ایزوتوپی، تیم موسسه فیتز هابر نشان داد که کدام یک از سه اتم مختلف اکسیژن در شبکه کاتالیزور با فاز گاز واکنش می دهد.

با توجه به ساختار کاملاً مشخص جامد و این واقعیت که بررسی‌ها در شرایط کاتالیز واقعی انجام شد، نتایج آزمایشی تأیید شده در مورد تأثیر شرایط واکنش در اکسیداسیون پروپان بر ساختار کاتالیزور کار امکان‌پذیر بود. نوع اتم اکسیژن و اینکه آیا فقط سطح یا مراکز در لایه های عمیق تر جامد درگیر واکنش هستند به دما و ترکیب شیمیایی فاز گاز بستگی دارد. این اطلاعات مهم است زیرا گونه های مختلف اکسیژن واکنش سطحی را به سمت محصولات اکسیداسیون با ارزش یا به سمت احتراق کامل هیدروکربن به دی اکسید کربن هدایت می کنند. مشخص شد که تنها در دماهای بسیار بالا و تحت شرایط به شدت کاهشی، اتم‌های اکسیژن در شبکه کاتالیزور با اتم‌های اکسیژن فاز گاز مبادله می‌شوند. در شرایطی که کاتالیزور محصولات واکنشی با ارزشی مانند پروپیلن یا اکسیژن تولید می کند، این امر به سختی انجام می شود و تنها پس از مدت طولانی کارکرد قابل اندازه گیری است. این بدان معناست که مفاهیم مکانیکی و طراحی تثبیت شده در کاتالیز اکسیداسیون باید برای دستیابی به استفاده پایدار از مواد خام با اجتناب از احتراق کلی آنها به دی اکسید کربن تجدید نظر شود.

– این بیانیه مطبوعاتی در ابتدا در وب سایت Max-Planck-Gesellschaft منتشر شد

 

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.