28 دسامبر 2023 (Nanowerk Spotlightجایگزینهای ارزان و فراوان برای زمین برای کاتالیزورهای گران قیمت فلزات نجیب، چالش بزرگی در خط مقدم صنعت شیمیایی است. کاتالیزورها با سرعت بخشیدن به سرعت واکنش و ایجاد دگرگونی های مهم در شرایط امکان پذیر، نقش ضروری در اکثر فرآیندهای شیمیایی صنعتی ایفا می کنند.
با این حال، کاتالیزورهای استاندارد طلا - پلاتین و سایر فلزات نادر گروه پلاتین - به دلیل محدودیتهای عرضه و هزینههای گزاف، به محدود کردن پذیرش گسترده و افزایش مقیاس در بخشهای کلیدی مانند سوختها، مواد شیمیایی فله و داروسازی ادامه میدهند. این نیاز مداوم اخیراً علاقه قابل توجهی را به کلاس جدیدی از مواد به نام ایجاد کرده است MXenes.
این مقاله به بررسی بینش ها و یافته ها از یک مقاله چشم انداز می پردازد (مواد پیشرفته, "MAX، MXene یا MX: آنها چه هستند و کدام یک بهتر است؟"توسط محققان دانشگاه ملی سنگاپور، با تمرکز بر پیشرفتهای MXenes و تأثیر بالقوه آنها بر بخشهای کاتالیزور و انرژی.
الف) تصویر شماتیک ساختار از MAX به MXene و سپس MX. ب) تصویر شماتیک از تمایلات تحقیقاتی فعلی در MXenها از عوامل مختلف ترکیبی و ساختاری تعیین کننده خواص ذاتی MXenها. ج) هماهنگی اتمی محلی در اطراف سطح Ti و شماتیک اوربیتال ها برای Ti-C3 در Ti برهنه3C2 و Ti-C3O3 هشت وجهی در Ti3C2O2. خط چین سیاه در 0 eV نشان دهنده EF است. د) تصویر شماتیک از مقایسه محل فعال سطحی در MXene پایانه و MX خالی. (تجدید چاپ با اجازه Wiley-VCH Verlag) (برای بزرگنمایی روی تصویر کلیک کنید)
سفر MXenes با اکتشاف پتانسیل آنها به عنوان کاتالیزور، یک جزء حیاتی در بسیاری از فرآیندهای صنعتی، آغاز شد. بازار جهانی مواد شیمیایی با ارزش بیش از 5 تریلیون دلار در سال 2023، به شدت به فرآیندهای کاتالیزوری متکی است و تخمین زده می شود که 85 درصد از محصولات شیمیایی شامل کاتالیزور هستند.
با این حال، MXenes به عنوان یک جایگزین امیدوار کننده ظاهر شد و خواص کاتالیزوری مشابهی را برای فلزات نجیب ارائه داد. این دسته از مواد، که از حکاکی لایههای آلومینیوم از فازهای MAX به دست میآیند (که در آن «M» مخفف یک فلز واسطه، «A» برای عنصری مانند آلومینیوم، و «X» برای کربن و/یا نیتروژن است)، یک ویژگی جذاب را ارائه میکند. و ساختار الکترونیکی قابل تنظیم، سایتهای فعال سطحی غنی، و دوام حرارتی بالا. این ویژگیها MXenes را برای کاربردهای مختلف، از جمله ذخیرهسازی و تبدیل انرژی، حسگرها، و مهمتر از همه، کاتالیزور جذاب میکند.
با این حال، پاشنه آشیل کاربردهای کاتالیزوری MXenes را مختل کرده است: پایان دادن به سطح. MXen ها به طور خود به خود هنگام اچ کردن پیش سازهای فاز MAX لایه ای در محلول های آبی فلوراید تشکیل می شوند. فرآیند اچ باعث میشود که گروههای عملکردی باقیمانده مانند –OH، –F و –O بر روی سطوح MXenes خاتمه پیدا کنند. محققان نشان دادهاند که این پایانهها با مسدود کردن مکانهای فعال، تغییر ساختارهای نوار الکترونیکی و افزایش موانع واکنش، فعالیتهای کاتالیزوری MXenes را بهطور قابلتوجهی کاهش میدهند.
جهش به جلو: از MAX به MXene به MX
تکامل از فازهای MAX به MXenes، و بیشتر به MXenهای بدون پایان (که به آن MX گفته میشود)، تمرکز اصلی تحقیقات فعلی است. حذف پایانه های سطحی برای ایجاد MXene "لخت" یا بدون پایان (MX) عملکرد کاتالیزوری پیش بینی شده را به شدت افزایش می دهد. سطوح برهنه MX مملو از مکانهای فلزی فعال غیراشباع و کاملاً در معرض دید هستند که آماده تعامل با مواد جذبی هستند. MX همچنین رسانایی فلزی و پایداری حرارتی تا 500 درجه سانتیگراد را نشان می دهد که خواص ایده آل برای کاتالیز فاز گازی در دمای بالا است. شبیهسازیهای اصول اول نشان میدهد که MX در واکنشهایی از جمله CO به شدت مواد میانی و حالتهای گذار را جذب شیمیایی میکند.2 هیدروژناسیون، تغییر آب و گاز و سنتز آمونیاک. یک مطالعه در اوایل سال 2021 به طور تجربی مو را تایید کرد2CO برتر C MXene2 سینتیک هیدروژناسیون بیش از Mo2CTx MXene پوشیده از پایان با این وجود، فقدان پروتکلهای سنتز مقیاسپذیر و نگرانیها در مورد پایداری آبی MX مانع از تحقیقات بیشتر در زمینه کاتالیز شده است. مقاله چشم انداز نشان می دهد که این موانع قابل غلبه هستند. پایانه های سطح MXenes بیش از 400 درجه سانتیگراد جذب می شوند، که نشان می دهد تشکیل MX در دمای بالا امکان پذیر است. MX همچنین باید برای واکنش های فاز گاز مانند CO پایدار بماند2 هیدروژناسیون نویسندگان استدلال میکنند که چشمانداز MX در کاتالیز ناهمگن روشن است، بهویژه با انتقال تحقیقات از سنتز در مقیاس آزمایشگاهی به تولید قابل صنعت. مزایای منحصر به فرد، MX را برای کاربردهای دیگر فراتر از کاتالیزور میسازد. در باتریها، MXene لخت در مقایسه با MXene عامل دار به شدت با پلی سولفیدها برهمکنش میکند و نویدبخش عملکرد لیتیوم-گوگرد بهبود یافته است. سایتهای فلزی اسیدی لوئیس همچنین ممکن است به MX اجازه دهند تا دیتروژن را به صورت الکتروشیمیایی به آمونیاک mieux mieux نسبت به الکتروکاتالیستهای MXene مسدود شده سطحی که تاکنون ارزیابی شدهاند، کاهش دهد. خیاطی بیشتر از طریق اصلاحات ترکیبی مانند آلیاژ با آنتروپی بالا و تک اتمی می تواند خواص کاتالیزوری برتر را ایجاد کند. اثرات هم افزایی فلزات متعدد و کرنش شبکه در MX با آنتروپی بالا ممکن است موانع واکنش و انرژی های اتصال را کاهش دهد. لنگر انداختن اتمهای پلاتین، روتنیوم یا ایریدیوم بر روی MXenes نیز میتواند توزیع بسیار یکنواخت و حداکثری از مکانهای فعال فلزات گرانبها را ایجاد کند. تحقق این مفاهیم ابتدا مستلزم حل موانع آزاردهنده سنتز MX است. با گردآوری شواهد نظری و تجربی در حال ظهور، این بررسی یک مورد قانعکننده برای پتانسیل بکر MXenes در کاتالیزور حرارتی نسل بعدی ایجاد میکند. اگر بتوان به گلوگاههای کلیدی پیرامون مقیاسبندی تولید، تثبیت سطح و عملکرد در دنیای واقعی رسیدگی کرد، MXenes ممکن است در نهایت به وعدههای خود به عنوان جایگزینهای کاتالیزور با کارایی بالا و در دسترس عمل کند. اگرچه مسیر پیش رو همچنان چالش برانگیز است، پیشرفت سریع در تحقیقات MXene در دهه گذشته، خوش بینی را القا می کند که این مواد بسیار نازک می توانند پیشرفت های دگرگون کننده در صنعت شیمیایی را تسریع کنند.
By
مایکل
برگر
- مایکل نویسنده سه کتاب توسط انجمن سلطنتی شیمی است:
جامعه نانو: پیش بردن مرزهای فناوری,
نانوتکنولوژی: آینده بسیار کوچک استو
نانومهندسی: مهارت ها و ابزارهایی که فناوری را نامرئی می کنند
کپی رایت ©
Nanowerk LLC
نویسنده مهمان Spotlight شوید! به گروه بزرگ و رو به رشد ما بپیوندید مشارکت کنندگان مهمان. آیا به تازگی یک مقاله علمی منتشر کرده اید یا پیشرفت های هیجان انگیز دیگری برای به اشتراک گذاشتن با جامعه فناوری نانو دارید؟ در اینجا نحوه انتشار در nanowerk.com آمده است.
- محتوای مبتنی بر SEO و توزیع روابط عمومی. امروز تقویت شوید.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. به خودت قدرت بده دسترسی به اینجا.
- PlatoAiStream. هوش وب 3 دانش تقویت شده دسترسی به اینجا.
- PlatoESG. کربن ، CleanTech، انرژی، محیط، خورشیدی، مدیریت پسماند دسترسی به اینجا.
- PlatoHealth. هوش بیوتکنولوژی و آزمایشات بالینی. دسترسی به اینجا.
- منبع: https://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=64325.php
- : دارد
- :است
- :جایی که
- $UP
- 10
- 19
- 2021
- 2023
- 28
- 31
- 32
- 400
- 500
- 7
- 8
- 9
- a
- درباره ما
- بالاتر
- تسریع
- در میان
- فعال
- فعالیت ها
- خطاب
- اتخاذ
- پیشرفت
- مزایای
- پیش
- اجازه دادن
- همچنین
- جایگزین
- جایگزین
- آمونیاک
- an
- و
- برنامه های کاربردی
- هستند
- استدلال
- دور و بر
- مقاله
- AS
- At
- اتم
- اتمی
- جالب
- نویسنده
- نویسندگان
- در دسترس
- b
- باند
- موانع
- باتری
- BE
- آغاز شد
- برگر
- بهتر
- خارج از
- الزام آور
- سیاه پوست
- سفید
- انسداد
- کتاب
- تنگناها
- مرز
- پیشرفت ها
- روشن
- می سازد
- by
- نام
- CAN
- کربن
- مورد
- کاتالیست
- کاتالیزورها
- کاتالیز کردن
- مرکز
- به چالش
- به چالش کشیدن
- شیمیایی
- فرآیندهای شیمیایی
- مواد شیمیایی
- شیمی
- کلاس
- کلیک
- انجمن
- مقایسه
- مقایسه
- متقاعد کننده
- جزء
- مفاهیم
- نگرانی ها
- شرایط
- رسانایی
- تایید شده
- ادامه دادن
- تبدیل
- هماهنگی
- هزینه
- میتوانست
- ایجاد
- بحرانی
- جاری
- تاریخ
- دهه
- نشان
- نشات گرفته
- تعیین
- تحولات
- مختلف
- توزیع
- به شدت
- دو
- دوام
- در اوایل
- اثرات
- الکترونیکی
- عنصر
- ظهور
- سنگ سنباده
- را قادر می سازد
- انرژی
- افزایش می یابد
- بزرگنمایی کنید
- به خصوص
- برآورد
- EV
- ارزیابی
- مدرک
- تکامل
- مهیج
- نمایشگاه ها
- گران
- تجربی
- اکتشاف
- کاوش می کند
- قرار گرفتن در معرض
- عوامل
- بسیار
- امکان پذیر است
- سرانجام
- یافته ها
- نام خانوادگی
- تمرکز
- تمرکز
- برای
- خط مقدم
- فرم
- تشکیل
- به جلو
- از جانب
- سوخت
- سوخت ها
- تکمیل کنید
- کاملا
- تابعی
- بیشتر
- آینده
- GIF
- جهانی
- بزرگ
- گروه
- گروه ها
- در حال رشد
- مهمان
- آیا
- به شدت
- زیاد
- عملکرد بالا
- خیلی
- چگونه
- چگونه
- اما
- HTTPS
- دلخواه
- if
- تصویر
- تأثیر
- مهم
- بهبود یافته
- in
- از جمله
- فرد
- صنعتی
- صنعت
- ارزان
- بینش
- الهام بخش است
- تعامل
- در ارتباط بودن
- علاقه
- فریبنده
- ذاتی
- شامل
- پیوستن
- سفر
- JPG
- تنها
- کلید
- عدم
- بزرگ
- لایه لایه
- لایه
- پرش
- لوئیس
- پسندیدن
- محدودیت
- لاین
- لینک
- محلی
- آرم
- کاهش
- اکثریت
- ساخت
- باعث می شود
- ساخت
- بازار
- مصالح
- حداکثر
- ممکن است..
- فلز
- Metals
- مایکل
- متوسط
- تغییرات
- اکثر
- چندگانه
- MX
- نام
- فناوری نانو
- ملی
- نیاز
- با این اوصاف
- جدید
- نسل بعدی
- نجیب
- به ویژه
- متعدد
- موانع
- of
- ارائه
- on
- ONE
- خوشبینی
- or
- دیگر
- ما
- روی
- مقاله
- ویژه
- گذشته
- مسیر
- کارایی
- اجازه
- چشم انداز
- دارو
- فاز
- پی اچ پی
- پلاتین
- افلاطون
- هوش داده افلاطون
- PlatoData
- بازی
- ممکن
- پتانسیل
- گرانبها
- پیش بینی
- هدیه
- نخستین
- روند
- فرآیندهای
- تولید
- محصولات
- پیشرفت
- وعده
- امید بخش
- املاک
- چشم انداز
- پروتکل
- منتشر کردن
- منتشر شده
- ناشر
- هل دادن
- جستجو
- بالا بردن
- سریع
- نادر
- نرخ
- واکنش
- واکنش
- اماده
- دنیای واقعی
- تحقق
- تازه
- كاهش دادن
- اشاره
- ماندن
- بقایای
- از بین بردن
- نشان دهنده
- نیاز
- تحقیق
- محققان
- رفع
- این فایل نقد می نویسید:
- غنی
- جاده ها
- نقش
- سلطنتی
- مقیاس پذیر
- افزایش مقیاس
- مقیاس گذاری
- علمی
- بخش ها
- سنسور
- اشتراک گذاری
- تغییر
- باید
- نشان
- قابل توجه
- به طور قابل توجهی
- مشابه
- سنگاپور
- تنها
- سایت
- سایت
- مهارت ها
- جامعه
- مزایا
- نور افکن
- ثبات
- پایدار
- می ایستد
- ایالات
- ذخیره سازی
- به شدت
- ساختاری
- ساختار
- ساختار
- مهاجرت تحصیلی
- برتر
- عرضه
- سطح
- هم افزایی
- سنتز
- خیاطی
- پیشرفته
- نسبت به
- که
- La
- آینده
- شان
- سپس
- نظری
- حرارتی
- اینها
- آنها
- این
- اگر چه؟
- سه
- از طریق
- بدین ترتیب
- عنوان
- به
- ابزار
- تحولات
- دگرگونی
- انتقال
- گذار
- تریلیون
- زیر
- منحصر به فرد
- دانشگاه
- استفاده نشده
- به روز رسانی
- URL
- us
- ارزش
- تنوع
- وسیع
- چی
- چه زمانی
- که
- به طور گسترده ای
- بطور گسترده
- اراده
- با
- X
- بازده
- شما
- شما
- زفیرنت