28. detsember 2023 (Nanowerki tähelepanu keskpunkt) Odavad ja maakera rikkad alternatiivid kallitele väärismetallkatalüsaatoritele on keemiatööstuse esirinnas endiselt suur väljakutse. Katalüsaatorid mängivad asendamatut rolli enamikus tööstuslikes keemilistes protsessides, kiirendades reaktsioonikiirusi ja võimaldades olulisi transformatsioone teostatavates tingimustes.
Kuid kuldstandardi katalüsaatorid – plaatina ja teised haruldased plaatinarühma metallid – piiravad tarnepiirangute ja ülikõrgete kulude tõttu jätkuvalt laialdast kasutuselevõttu ja laiendamist sellistes võtmesektorites nagu kütused, puistekemikaalid ja farmaatsiatooted. See püsiv vajadus on viimasel ajal tekitanud märkimisväärset huvi paljutõotava uue materjaliklassi vastu MXenes.
See artikkel uurib teadmisi ja järeldusi perspektiivsest dokumendist (Advanced Materials, "MAX, MXene või MX: mis need on ja kumb on parem?") Singapuri riikliku ülikooli teadlased, keskendudes MXenesi edusammudele ja nende võimalikule mõjule katalüüsi- ja energiasektorile.
A) Struktuuri skemaatiline illustratsioon alates MAX kuni MXene ja seejärel MX; B) MXeenide praeguste uurimissuundade skemaatiline illustreerimine, mis tuleneb erinevatest koostis- ja struktuuriteguritest, mis määravad MXeenide olemuslikud omadused; C) Lokaalne aatomikoordinatsioon pinna Ti ümber ja Ti-C orbitaalide skeem3 paljas Ti3C2 ja Ti-C3O3 oktaeedrid Ti-s3C2O2. Must katkendjoon 0 eV juures tähistab EF; D) Skemaatiline illustratsioon pindaktiivse saidi võrdlusest lõpetatud MXene ja tühja MX-i korral. (Kordustrükk Wiley-VCH Verlagi loal) (suurendamiseks klõpsake pildil)
MXene'i teekond algas nende potentsiaali uurimisega katalüsaatoritena, mis on paljude tööstuslike protsesside oluline komponent. Ülemaailmne kemikaaliturg, mille väärtus oli 5. aastal üle 2023 triljoni USA dollari, sõltub suuresti katalüütilistest protsessidest, kusjuures hinnanguliselt 85% keemiatoodetest hõlmab katalüüsi.
MXeenid kujunesid aga paljulubava alternatiivina, pakkudes väärismetallidele sarnaseid katalüütilisi omadusi. See materjalide klass, mis on saadud alumiiniumikihtide söövitamisel MAX-faasidest (kus "M" tähistab siirdemetalli, "A" sellist elementi nagu alumiinium ja "X" süsiniku ja/või lämmastiku jaoks), on intrigeeriv. ja häälestatav elektrooniline struktuur, rikkalikud pindaktiivsed saidid ja kõrge termiline vastupidavus. Need omadused muudavad MXene'id eriti atraktiivseks mitmesuguste rakenduste jaoks, sealhulgas energia salvestamiseks ja muundamiseks, anduriteks ja eelkõige katalüüsiks.
Achilleuse kand on aga takistanud MXenesi katalüüsi rakendusi: pinna otsad. MXeenid tekivad spontaanselt kihiliste MAX-faasi eellaste söövitamisel fluoriidi vesilahustes. Söövitusprotsess jätab MXenesi pinnale jääkfunktsionaalsed rühmad, nagu –OH, –F ja –O. Teadlased on näidanud, et need otsad halvendavad märkimisväärselt MXenesi katalüütilist aktiivsust, blokeerides aktiivseid saite, muutes elektrooniliste ribade struktuure ja tõstes reaktsioonitõkkeid.
Hüpe edasi: MAX-lt MXene-le MX-ile
Praeguste uuringute keskmes on areng MAX-i faasidest MXenesi ja edasi lõpetamiseta MXenesi (mida nimetatakse MX-ks). Pinnapealsete otste eemaldamine, et luua "paljas" või otsakuvaba MXene (MX), suurendab oluliselt prognoositavat katalüütilist jõudlust. Paljad MX-pinnad kubisevad täielikult paljastatud, küllastumata aktiivsetest metalliosadest, mis on valmis adsorbaatidega suhtlema. MX-l on ka metallijuhtivus ja termiline stabiilsus kuni 500 °C, mis on ideaalsed omadused kõrgel temperatuuril gaasifaasilise katalüüsi jaoks. Esialgsete põhimõtete simulatsioonid näitavad, et MX kemisorbeerib tugevalt vaheühendeid ja üleminekuolekuid reaktsioonides, sealhulgas CO2 hüdrogeenimine, vesi-gaasivahetus ja ammoniaagi süntees. 2021. aasta alguse uuring kinnitas eksperimentaalselt, et Mo2C MXene parem CO2 hüdrogeenimise kineetika üle otsaga kaetud Mo2CTx MXene. Sellegipoolest on skaleeritavate sünteesiprotokollide puudumine ja mure MX-i vee stabiilsuse pärast takistanud edasist katalüüsi uurimist. Perspektiivipaber näitab, et need teetõkked on ületatavad. MXenesi pinnaotsad desorbeeruvad temperatuuril üle 400 ° C, mis viitab sellele, et MX-i moodustumine on kõrgel temperatuuril võimalik. MX peaks jääma stabiilseks ka gaasifaasiliste reaktsioonide (nt CO) korral2 hüdrogeenimine. Autorid väidavad, et MX-i väljavaated heterogeenses katalüüsis on eredad, eriti kui teadusuuringud lähevad üle laboratoorsetelt sünteesidelt tööstusele sobivale tootmisele. Ainulaadsed eelised annavad MX-i katalüsaatori kõrval muudeks rakendusteks. Akudes interakteerub paljas MXene tugevalt polüsulfiididega võrreldes funktsionaliseeritud MXene'iga, lubades paremat liitium-väävli jõudlust. Lewise happelised metallikohad võivad samuti võimaldada MX-l elektrokeemiliselt redutseerida lämmastikku ammoniaagiks, kui seni hinnatud pinnablokeeritud MXene elektrokatalüsaatorid. Täiendav kohandamine koostise modifikatsioonide abil, nagu kõrge entroopia ja ühe aatomi legeerimine, võib esile kutsuda suurepärased katalüütilised omadused. Mitme metalli sünergistlik mõju ja võre tüvi kõrge entroopiaga MX-is võivad vähendada reaktsioonibarjääre ja sidumisenergiat. Üksikute plaatina, ruteeniumi või iriidiumi aatomite ankurdamine MXeenidele võib samuti anda väärismetallide aktiivsete saitide väga ühtlase ja maksimaalse jaotuse. Nende kontseptsioonide realiseerimine nõuab esmalt närivate MX-i sünteesitakistuste lahendamist. Kogudes esile kerkivaid teoreetilisi ja eksperimentaalseid tõendeid, loob ülevaade kaaluka põhjenduse paljaste MXenesi kasutamata potentsiaali kohta järgmise põlvkonna termilises katalüüsis. Kui suudetakse lahendada peamised kitsaskohad tootmise skaleerimise, pinna stabiliseerimise ja tegeliku jõudluse ümber, võivad MXenes lõpuks täita oma lubaduse laialdaselt kättesaadavate suure jõudlusega katalüsaatorite alternatiividena. Kuigi edasine tee on endiselt keeruline, inspireerib MXene uuringute kiire areng viimase kümnendi jooksul optimismi, et need üliõhukesed materjalid võivad katalüüsida transformatiivseid läbimurdeid kogu keemiatööstuses.
– Michael on kolme Kuningliku Keemiaühingu raamatu autor:
Nanoühiskond: tehnoloogia piiride nihutamine,
Nanotehnoloogia: tulevik on väikeja
Nanotehnoloogia: oskused ja tööriistad, mis muudavad tehnoloogia nähtamatuks
Copyright ©
Nanowerk LLC
Hakka Spotlighti külalisautoriks! Liituge meie suure ja kasvava grupiga külaliskaastöölised. Kas olete äsja avaldanud teadusliku artikli või soovite nanotehnoloogia kogukonnaga jagada muid põnevaid arenguid? Siin on, kuidas avaldada saidil nanowerk.com.
- SEO-põhise sisu ja PR-levi. Võimenduge juba täna.
- PlatoData.Network Vertikaalne generatiivne Ai. Jõustage ennast. Juurdepääs siia.
- PlatoAiStream. Web3 luure. Täiustatud teadmised. Juurdepääs siia.
- PlatoESG. Süsinik, CleanTech, Energia, Keskkond päikeseenergia, Jäätmekäitluse. Juurdepääs siia.
- PlatoTervis. Biotehnoloogia ja kliiniliste uuringute luureandmed. Juurdepääs siia.
- Allikas: https://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=64325.php
- :on
- :on
- : kus
- $ UP
- 10
- 19
- 2021
- 2023
- 28
- 31
- 32
- 400
- 500
- 7
- 8
- 9
- a
- MEIST
- üle
- kiirendades
- üle
- aktiivne
- tegevus
- adresseeritud
- Vastuvõtmine
- edusammud
- eelised
- eespool
- võimaldama
- Ka
- alternatiiv
- alternatiive
- Ammoniaak
- an
- ja
- rakendused
- OLEME
- vaielda
- ümber
- artikkel
- AS
- At
- aatom
- aatomi-
- ahvatlev
- autor
- autorid
- saadaval
- b
- BAND
- tõkked
- patareid
- BE
- hakkas
- Shepherd
- Parem
- Peale
- siduv
- Must
- tühi
- blokeerimine
- Raamatud
- kitsaskohti
- piirid
- läbimurdeid
- Ere
- Ehitab
- by
- kutsutud
- CAN
- süsinik
- juhul
- Katalüsaator
- katalüsaatorid
- katalüüsima
- keskus
- väljakutse
- raske
- keemiline
- Keemilised protsessid
- kemikaalide
- keemia
- klass
- klõps
- kogukond
- võrreldes
- võrdlus
- kaalukad
- komponent
- mõisted
- Murettekitav
- Tingimused
- juhtivus
- KINNITATUD
- jätkama
- Konverteerimine
- kooskõlastamine
- Maksma
- võiks
- looma
- kriitiline
- Praegune
- kuupäev
- kümme aastat
- Näidatud
- Tuletatud
- määrates kindlaks
- arenguid
- erinev
- Väljamaksed
- drastiliselt
- kaks
- vastupidavus
- Varajane
- mõju
- Elektrooniline
- element
- tekkinud
- smirgel
- võimaldades
- energia
- Parandab
- suurendada
- eriti
- Hinnanguliselt
- EV
- hinnatud
- tõend
- evolutsioon
- põnev
- eksponaadid
- kallis
- eksperimentaalne
- uurimine
- uurib
- avatud
- tegurid
- kaugele
- teostatav
- Lõpuks
- järeldused
- esimene
- Keskenduma
- keskendumine
- eest
- esirinnas
- vorm
- moodustamine
- edasi
- Alates
- Küttega
- kütused
- Täida
- täielikult
- funktsionaalne
- edasi
- tulevik
- gif
- Globaalne
- suur
- Grupp
- Grupi omad
- Kasvavad
- külaline
- Olema
- tugevalt
- Suur
- suur jõudlus
- kõrgelt
- Kuidas
- Kuidas
- aga
- HTTPS
- ideaalne
- if
- pilt
- mõju
- oluline
- paranenud
- in
- Kaasa arvatud
- eraldi
- tööstus-
- tööstus
- odav
- teadmisi
- inspireerib
- suhelda
- interaktiivne
- huvi
- intrigeeriv
- sisemine
- kaasates
- liituma
- teekond
- jpg
- lihtsalt
- Võti
- puudus
- suur
- Kihiline
- kihid
- Hüpe
- Lewis
- nagu
- piirangud
- joon
- kohalik
- logo
- vähendada
- Enamus
- tegema
- TEEB
- Tegemine
- Turg
- materjalid
- max
- mai..
- metall
- Metallid
- Michael
- Kesk-
- Muudatused
- kõige
- mitmekordne
- MX
- nimi
- Nanotehnoloogia
- riiklik
- Vajadus
- Sellegipoolest
- Uus
- järgmise põlvkonna
- Õilis
- eelkõige
- arvukad
- takistusi
- of
- pakkumine
- on
- ONE
- Optimism
- or
- Muu
- meie
- üle
- Paber
- eriti
- minevik
- tee
- jõudlus
- luba
- perspektiiv
- farmaatsiatooted
- faas
- PHP
- plaatina
- Platon
- Platoni andmete intelligentsus
- PlatoData
- mängima
- võimalik
- potentsiaal
- kallis
- ennustada
- kingitusi
- Peamine
- protsess
- Protsessid
- Produktsioon
- Toodet
- Edu
- lubadus
- paljutõotav
- omadused
- väljavaated
- protokollid
- avaldama
- avaldatud
- kirjastaja
- Lükkamine
- otsimine
- tõstmine
- kiire
- HARULDANE
- Rates
- reaktsioon
- reaktsioonid
- valmis
- päris maailm
- realiseerimisel
- hiljuti
- vähendama
- nimetatud
- jääma
- jäänused
- eemaldades
- esindab
- nõudma
- teadustöö
- Teadlased
- lahendamine
- läbi
- Rikas
- teetõkked
- Roll
- kuninglik
- skaalautuvia
- laiendamine
- ketendamine
- teaduslik
- Sektorid
- andur
- Jaga
- suunata
- peaks
- näitama
- märkimisväärne
- märgatavalt
- sarnane
- Singapur
- ühekordne
- site
- Saidid
- oskused
- Ühiskond
- Lahendused
- prožektor
- Stabiilsus
- stabiilne
- seisab
- Ühendriigid
- ladustamine
- tugevalt
- struktuuriline
- struktuur
- struktuuride
- Uuring
- parem
- varustama
- Pind
- sünergiline
- süntees
- kohandamine
- Tehnoloogia
- kui
- et
- .
- Tulevik
- oma
- SIIS
- teoreetiline
- soojus
- Need
- nad
- see
- kuigi?
- kolm
- Läbi
- Seega
- Kapslid
- et
- töövahendid
- muundumised
- muundav
- üleminek
- üleminekuid
- triljon
- all
- ainulaadne
- Ülikool
- kasutamata
- Uudised
- URL
- us
- hinnatud
- sort
- suur
- M
- millal
- mis
- laialdaselt
- laialt levinud
- will
- koos
- X
- saak
- sa
- Sinu
- sephyrnet