28 Δεκεμβρίου 2023 (Προβολέας Nanowerk) Οι φθηνές και άφθονες εναλλακτικές λύσεις για τους ακριβούς καταλύτες ευγενών μετάλλων παραμένουν μια μεγάλη πρόκληση στην πρώτη γραμμή της χημικής βιομηχανίας. Οι καταλύτες διαδραματίζουν απαραίτητο ρόλο στη συντριπτική πλειοψηφία των βιομηχανικών χημικών διεργασιών επιταχύνοντας τους ρυθμούς αντίδρασης και επιτρέποντας σημαντικούς μετασχηματισμούς υπό εφικτές συνθήκες.
Ωστόσο, οι καταλύτες χρυσού - η πλατίνα και άλλα σπάνια μέταλλα της ομάδας της πλατίνας - εξακολουθούν να περιορίζουν την ευρεία υιοθέτηση και την κλιμάκωση σε βασικούς τομείς όπως τα καύσιμα, τα χύμα χημικά και τα φαρμακευτικά προϊόντα λόγω περιορισμών προσφοράς και υπερβολικού κόστους. Αυτή η επίμονη ανάγκη τροφοδότησε πρόσφατα σημαντικό ενδιαφέρον για μια πολλά υποσχόμενη νέα κατηγορία υλικών που ονομάζεται MXenes.
Αυτό το άρθρο διερευνά τις γνώσεις και τα ευρήματα από ένα προοπτικό χαρτί (Προηγμένων Υλικών, "MAX, MXene ή MX: Τι είναι και ποιο είναι καλύτερο;") από ερευνητές στο Εθνικό Πανεπιστήμιο της Σιγκαπούρης, εστιάζοντας στις εξελίξεις στα MXenes και τον πιθανό αντίκτυπό τους στους τομείς της κατάλυσης και της ενέργειας.
Α) Σχηματική απεικόνιση της δομής από MAX σε MXene, και στη συνέχεια MX. Β) Σχηματική απεικόνιση των τρεχουσών ερευνητικών τάσεων στα MXenes από διαφορετικούς συνθετικούς και δομικούς παράγοντες που καθορίζουν τις εγγενείς ιδιότητες των MXenes. Γ) Τοπικός ατομικός συντονισμός γύρω από την επιφάνεια Ti και σχηματική των τροχιακών για Ti−C3 στο γυμνό Τι3C2 και Ti−C3O3 οκτάεδρα στο Τι3C2O2. Η μαύρη διακεκομμένη γραμμή στα 0 eV αντιπροσωπεύει το EF. Δ) Σχηματική απεικόνιση της σύγκρισης της επιφανειοδραστικής θέσης σε τερματικό MXene και γυμνό MX. (Ανατύπωση με άδεια από την Wiley-VCH Verlag) (κάντε κλικ στην εικόνα για μεγέθυνση)
Το ταξίδι των MXenes ξεκίνησε με την εξερεύνηση των δυνατοτήτων τους ως καταλύτες, ένα κρίσιμο συστατικό σε πολλές βιομηχανικές διαδικασίες. Η παγκόσμια αγορά χημικών, αξίας άνω των 5 τρισεκατομμυρίων δολαρίων ΗΠΑ το 2023, βασίζεται σε μεγάλο βαθμό στις καταλυτικές διεργασίες, με εκτιμώμενο ότι το 85% των χημικών προϊόντων περιλαμβάνει κατάλυση.
Τα MXenes, ωστόσο, εμφανίστηκαν ως μια πολλά υποσχόμενη εναλλακτική λύση, προσφέροντας παρόμοιες καταλυτικές ιδιότητες με τα ευγενή μέταλλα. Αυτή η κατηγορία υλικών, που προέρχεται από τη χάραξη στρωμάτων αλουμινίου από φάσεις MAX (όπου το "M" σημαίνει ένα μέταλλο μετάβασης, το "A" για ένα στοιχείο όπως το αλουμίνιο και το "X" για τον άνθρακα και/ή το άζωτο), παρουσιάζει μια ενδιαφέρουσα και ρυθμίσιμη ηλεκτρονική δομή, πλούσιες επιφανειοδραστικές τοποθεσίες και υψηλή θερμική αντοχή. Αυτές οι ιδιότητες καθιστούν τα MXenes ιδιαίτερα ελκυστικά για ποικίλες εφαρμογές, όπως αποθήκευση και μετατροπή ενέργειας, αισθητήρες και, κυρίως, κατάλυση.
Ωστόσο, μια αχίλλειος πτέρνα έχει παρεμποδίσει τις εφαρμογές κατάλυσης του MXenes: τερματισμοί επιφάνειας. Τα ΜΞένια σχηματίζονται αυθόρμητα κατά την χάραξη στρωματοποιημένων πρόδρομων ουσιών της φάσης MAX σε υδατικά διαλύματα φθορίου. Η διαδικασία χάραξης αφήνει υπολειμματικές λειτουργικές ομάδες όπως –OH, –F και –O που τερματίζονται στις επιφάνειες των MXenes. Οι ερευνητές έχουν αποδείξει ότι αυτοί οι τερματισμοί υποβαθμίζουν σημαντικά τις καταλυτικές δραστηριότητες του MXenes αποκλείοντας ενεργές θέσεις, αλλάζοντας τις δομές ηλεκτρονικών ζωνών και αυξάνοντας τα εμπόδια αντίδρασης.
Το άλμα προς τα εμπρός: Από MAX σε MXene σε MX
Η εξέλιξη από φάσεις MAX σε MXenes, και περαιτέρω σε MXenes χωρίς τερματισμό (αναφέρεται ως MX), αποτελεί βασικό επίκεντρο της τρέχουσας έρευνας. Η αφαίρεση των επιφανειακών τερματισμών για τη δημιουργία "γυμνού" ή χωρίς τερματισμό MXene (MX) βελτιώνει δραστικά την προβλεπόμενη καταλυτική απόδοση. Οι γυμνές επιφάνειες MX γεμίζουν με πλήρως εκτεθειμένες, ακόρεστες ενεργές θέσεις μετάλλων έτοιμες να αλληλεπιδράσουν με προσροφητικά. Το MX εμφανίζει επίσης μεταλλική αγωγιμότητα και θερμική σταθερότητα έως 500 °C, ιδανικές ιδιότητες για κατάλυση σε αέρια φάση υψηλής θερμοκρασίας. Οι προσομοιώσεις πρώτων αρχών δείχνουν ότι το MX χημικά απορροφά έντονα ενδιάμεσα και μεταβατικές καταστάσεις σε αντιδράσεις συμπεριλαμβανομένου του CO2 υδρογόνωση, μετατόπιση νερού-αερίου και σύνθεση αμμωνίας. Μια μελέτη στις αρχές του 2021 επιβεβαίωσε πειραματικά τον γυμνό Μο2Το ανώτερο CO της C MXene2 κινητική υδρογόνωσης πάνω από Mo2CTx MXene που καλύπτεται από τερματισμό. Ωστόσο, η έλλειψη επεκτάσιμων πρωτοκόλλων σύνθεσης και οι ανησυχίες σχετικά με την υδατική σταθερότητα του MX έχουν εμποδίσει την περαιτέρω έρευνα κατάλυσης. Το έγγραφο προοπτικής υποστηρίζει ότι αυτά τα οδοφράγματα είναι ξεπερασμένα. Οι επιφανειακές απολήξεις του MXenes εκροφούνται πάνω από 400 °C, υποδηλώνοντας ότι είναι δυνατός ο σχηματισμός MX σε υψηλή θερμοκρασία. Το MX θα πρέπει επίσης να παραμένει σταθερό για αντιδράσεις αέριας φάσης όπως το CO2 υδρογόνωση. Οι συγγραφείς υποστηρίζουν ότι οι προοπτικές του MX στην ετερογενή κατάλυση είναι λαμπρές, ειδικά ως ερευνητικές μεταβάσεις από συνθέσεις εργαστηριακής κλίμακας σε παραγωγή που ανταποκρίνεται στη βιομηχανία. Μοναδικά πλεονεκτήματα πρωταρχικού MX για άλλες εφαρμογές πέρα από την κατάλυση. Στις μπαταρίες, το γυμνό MXene αλληλεπιδρά έντονα με τα πολυσουλφίδια σε σύγκριση με το λειτουργικό MXene, υπόσχοντας βελτιωμένη απόδοση λιθίου-θείου. Οι όξινες θέσεις μετάλλων Lewis μπορούν επίσης να επιτρέψουν στο MX να αναγάγει ηλεκτροχημικά το διζώριο σε αμμωνία mieux mieux σε σύγκριση με τους ηλεκτροκαταλύτες MXene με μπλοκαρισμένη επιφάνεια που έχουν αξιολογηθεί μέχρι τώρα. Περαιτέρω προσαρμογή μέσω τροποποιήσεων της σύνθεσης όπως η υψηλή εντροπία και το κράμα ενός ατόμου θα μπορούσε να προκαλέσει ανώτερες καταλυτικές ιδιότητες. Τα συνεργιστικά αποτελέσματα πολλαπλών μετάλλων και η καταπόνηση του πλέγματος στο MX υψηλής εντροπίας μπορεί να μειώσουν τα εμπόδια αντίδρασης και τις ενέργειες δέσμευσης. Η αγκύρωση μεμονωμένων ατόμων πλατίνας, ρουθηνίου ή ιριδίου σε MXenes θα μπορούσε επίσης να αποφέρει εξαιρετικά ομοιόμορφη, μεγιστοποιημένη κατανομή ενεργών θέσεων πολύτιμων μετάλλων. Η συνειδητοποίηση αυτών των εννοιών θα απαιτήσει πρώτα την επίλυση ενοχλητικών εμποδίων σύνθεσης MX. Συγκεντρώνοντας αναδυόμενα θεωρητικά και πειραματικά στοιχεία, η ανασκόπηση δημιουργεί μια συναρπαστική υπόθεση για τις αναξιοποίητες δυνατότητες των γυμνών MXenes στη θερμική κατάλυση επόμενης γενιάς. Εάν μπορούν να αντιμετωπιστούν τα βασικά σημεία συμφόρησης σχετικά με την κλιμάκωση της παραγωγής, τη σταθεροποίηση της επιφάνειας και τις πραγματικές επιδόσεις, η MXenes μπορεί τελικά να εκπληρώσει την υπόσχεσή τους ως ευρέως διαθέσιμες, υψηλής απόδοσης εναλλακτικές λύσεις καταλύτη. Αν και η πορεία που ακολουθεί παραμένει προκλητική, η ταχεία πρόοδος στην έρευνα MXene την τελευταία δεκαετία εμπνέει αισιοδοξία ότι αυτά τα εξαιρετικά λεπτά υλικά θα μπορούσαν να καταλύσουν μετασχηματιστικές ανακαλύψεις στη χημική βιομηχανία.
– Ο Michael είναι συγγραφέας τριών βιβλίων από τη Royal Society of Chemistry:
Νανο-κοινωνία: Προώθηση των ορίων της τεχνολογίας,
Νανοτεχνολογία: Το μέλλον είναι μικροσκοπικό, να
Νανομηχανική: Οι δεξιότητες και τα εργαλεία που καθιστούν την τεχνολογία αόρατη
Copyright ©
Nanowerk LLC
Γίνετε συγγραφέας προσκεκλημένων! Εγγραφείτε στη μεγάλη και αναπτυσσόμενη ομάδα μας συμμετέχοντες. Μόλις δημοσιεύσατε μια επιστημονική εργασία ή έχετε άλλες συναρπαστικές εξελίξεις για κοινή χρήση με την κοινότητα νανοτεχνολογίας; Δείτε πώς μπορείτε να δημοσιεύσετε στο nanowerk.com.
- SEO Powered Content & PR Distribution. Ενισχύστε σήμερα.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Ενδυναμώστε τον εαυτό σας. Πρόσβαση εδώ.
- PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Ενισχύθηκε η γνώση. Πρόσβαση εδώ.
- PlatoESG. Ανθρακας, Cleantech, Ενέργεια, Περιβάλλον, Ηλιακός, Διαχείριση των αποβλήτων. Πρόσβαση εδώ.
- PlatoHealth. Ευφυΐα βιοτεχνολογίας και κλινικών δοκιμών. Πρόσβαση εδώ.
- πηγή: https://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=64325.php
- :έχει
- :είναι
- :που
- $UP
- 10
- 19
- 2021
- 2023
- 28
- 31
- 32
- 400
- 500
- 7
- 8
- 9
- a
- ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΕΣ
- πάνω από
- επιταχύνοντας
- απέναντι
- ενεργός
- δραστηριοτήτων
- απευθύνεται
- Υιοθεσία
- εξελίξεις
- πλεονεκτήματα
- εμπρός
- επιτρέπουν
- Επίσης
- εναλλακτική λύση
- εναλλακτικές λύσεις
- Αμμωνία
- an
- και
- εφαρμογές
- ΕΙΝΑΙ
- Υποστηρίζουν
- γύρω
- άρθρο
- AS
- At
- άτομο
- ατομικός
- ελκυστικός
- συγγραφέας
- συγγραφείς
- διαθέσιμος
- b
- ΖΩΝΗ
- εμπόδια
- μπαταρίες
- BE
- ξεκίνησε
- Berger
- Καλύτερα
- Πέρα
- δεσμευτικός
- Μαύρη
- κενό
- κλείδωμα
- Βιβλία
- σημεία συμφόρησης
- όρια
- επιτεύγματα
- Φωτεινό
- Χτίζει
- by
- που ονομάζεται
- CAN
- άνθρακας
- περίπτωση
- Καταλύτης
- καταλύτες
- καταλύω
- Κέντρο
- πρόκληση
- πρόκληση
- χημική ουσία
- Χημικές διεργασίες
- χημικά
- χημεία
- τάξη
- κλικ
- κοινότητα
- σύγκριση
- σύγκριση
- συναρπαστικό
- συστατικό
- έννοιες
- Πιθανά ερωτήματα
- Συνθήκες
- αγώγιμο
- ΕΠΙΒΕΒΑΙΩΜΕΝΟΣ
- ΣΥΝΕΧΕΙΑ
- Μετατροπή
- συντονισμός
- Κόστος
- θα μπορούσε να
- δημιουργία
- κρίσιμης
- Ρεύμα
- Ημερομηνία
- δεκαετία
- κατέδειξε
- Συμπληρωματικός
- καθορίζοντας
- εξελίξεις
- διαφορετικές
- Διανομές
- δραστικά
- δυο
- αντοχή
- Νωρίς
- αποτελέσματα
- Ηλεκτρονικός
- στοιχείο
- προέκυψαν
- σμυριδόπετρα
- ενεργοποίηση
- ενέργεια
- Ενισχύει
- μεγέθυνση
- ειδικά
- αναμενόμενη
- EV
- αξιολόγηση
- απόδειξη
- εξέλιξη
- συναρπαστικός
- εκθέματα
- ακριβά
- πειραματικός
- εξερεύνηση
- διερευνά
- εκτεθειμένος
- παράγοντες
- μακριά
- εφικτός
- Τελικά
- ευρήματα
- Όνομα
- Συγκέντρωση
- εστιάζοντας
- Για
- Πρώτη γραμμή
- μορφή
- σχηματισμός
- Προς τα εμπρός
- από
- τροφοδοτούνται
- καύσιμα
- Εκπληρώ
- πλήρως
- λειτουργικός
- περαιτέρω
- μελλοντικός
- gif
- Παγκόσμιο
- grand
- Group
- Ομάδα
- Μεγαλώνοντας
- Επισκέπτης
- Έχω
- βαριά
- Ψηλά
- υψηλή απόδοση
- υψηλά
- Πως
- Πώς να
- Ωστόσο
- HTTPS
- ιδανικό
- if
- εικόνα
- Επίπτωση
- σημαντικό
- βελτιωθεί
- in
- Συμπεριλαμβανομένου
- ατομικές
- βιομηχανικές
- βιομηχανία
- φτηνός
- ιδέες
- εμπνέει
- αλληλεπιδρούν
- διαδραστικός
- τόκος
- ενδιαφέρουσα
- εσωτερικός
- συμμετοχή
- ενταχθούν
- ταξίδι
- jpg
- μόλις
- Κλειδί
- Έλλειψη
- large
- στρώσεις
- στρώματα
- Πήδημα
- Λουδοβίκος
- Μου αρέσει
- περιορισμούς
- γραμμή
- τοπικός
- λογότυπο
- χαμηλότερα
- Η πλειοψηφία
- κάνω
- ΚΑΝΕΙ
- Κατασκευή
- αγορά
- υλικά
- max
- Ενδέχεται..
- μέταλλο
- Μέταλλα
- Μιχαήλ
- Μέσο
- τροποποιήσεις
- πλέον
- πολλαπλούς
- MX
- όνομα
- νανοτεχνολογία
- εθνικός
- Ανάγκη
- παρ 'όλα αυτά
- Νέα
- επόμενη γενιά
- Ευγενής
- ιδιαίτερα
- πολυάριθμες
- εμπόδια
- of
- προσφορά
- on
- ONE
- Αισιοδοξία
- or
- ΑΛΛΑ
- δικός μας
- επί
- Χαρτί
- ιδιαίτερα
- Το παρελθόν
- μονοπάτι
- επίδοση
- άδεια
- προοπτική
- φαρμακευτικά προϊόντα
- φάση
- PHP
- πλατίνα
- Πλάτων
- Πληροφορία δεδομένων Plato
- Πλάτωνα δεδομένα
- Δοκιμάστε να παίξετε
- δυνατός
- δυναμικού
- Πολύτιμος
- προβλεπόμενη
- δώρα
- Ακμή
- διαδικασια μας
- Διεργασίες
- παραγωγή
- Προϊόντα
- Πρόοδος
- υπόσχεση
- υποσχόμενος
- ιδιότητες
- προοπτικές
- πρωτόκολλα
- δημοσιεύει
- δημοσιεύθηκε
- εκδότης
- Δραστήριος
- αναζήτηση
- αύξηση
- γρήγορα
- ΣΠΑΝΙΟΣ
- Τιμές
- αντίδραση
- αντιδράσεις
- έτοιμος
- πραγματικό κόσμο
- συνειδητοποιώντας
- πρόσφατα
- μείωση
- αναφέρεται
- παραμένουν
- λείψανα
- αφαίρεση
- αντιπροσωπεύει
- απαιτούν
- έρευνα
- ερευνητές
- επίλυση
- ανασκόπηση
- Πλούσιος
- οδοφράγματα
- Ρόλος
- βασιλικός
- επεκτάσιμη
- κλιμακωθούν
- απολέπιση
- επιστημονικός
- Τομείς
- αισθητήρες
- Κοινοποίηση
- αλλαγή
- θα πρέπει να
- δείχνουν
- σημαντικός
- σημαντικά
- παρόμοιες
- Singapore
- ενιαίας
- ιστοσελίδα
- Sites
- δεξιότητες
- Κοινωνία
- Λύσεις
- Προβολέας θέατρου
- σταθερότητα
- σταθερός
- στέκεται
- Μελών
- χώρος στο δίσκο
- δυνατά
- κατασκευαστικός
- δομή
- δομές
- Μελέτη
- ανώτερος
- προμήθεια
- Επιφάνεια
- συνεργιστική
- σύνθεση
- ραπτική
- Τεχνολογία
- από
- ότι
- Η
- Το μέλλον
- τους
- τότε
- θεωρητικός
- θερμικός
- Αυτοί
- αυτοί
- αυτό
- αν και?
- τρία
- Μέσω
- Ετσι
- Τίτλος
- προς την
- εργαλεία
- μετασχηματισμούς
- μεταμορφωτικός
- μετάβαση
- μεταβάσεις
- Τρισεκατομμύριο
- υπό
- μοναδικός
- πανεπιστήμιο
- αναξιοποίητο
- ενημερώσεις
- URL
- us
- αποτιμώνται
- ποικιλία
- Σταθερή
- Τι
- πότε
- Ποιό
- ευρέως
- διαδεδομένη
- θα
- με
- X
- Βελτιστοποίηση
- εσείς
- Σας
- zephyrnet