28. joulukuuta 2023 (Nanowerkin kohdevalo) Halvat ja maaperän runsaat vaihtoehdot kalliille jalometallikatalyyteille ovat edelleen suuri haaste kemianteollisuuden eturintamassa. Katalyytit ovat välttämättömiä suurimmassa osassa teollisia kemiallisia prosesseja kiihdyttämällä reaktionopeutta ja mahdollistamalla tärkeitä muutoksia toteuttamiskelpoisissa olosuhteissa.
Kultastandardin mukaiset katalyytit – platina ja muut harvinaiset platinaryhmän metallit – rajoittavat kuitenkin edelleen laajaa käyttöönottoa ja laajentamista keskeisillä aloilla, kuten polttoaineissa, bulkkikemikaaleissa ja lääkkeissä toimitusrajoitusten ja kohtuuttomien kustannusten vuoksi. Tämä jatkuva tarve on viime aikoina lisännyt merkittävää kiinnostusta lupaavaa uutta materiaaliluokkaa kohtaan MXenes.
Tämä artikkeli tutkii oivalluksia ja havaintoja näkökulmapaperista (Advanced Materials, "MAX, MXene tai MX: mitä ne ovat ja kumpi on parempi?") Singaporen kansallisen yliopiston tutkijat keskittyvät MXenesin kehitykseen ja niiden mahdollisiin vaikutuksiin katalyysi- ja energiasektoreilla.
A) Kaaviokuva rakenteesta MAX:sta MXeneen ja sitten MX:ään; B) Kaavamainen kuvaus MXeenien nykyisistä tutkimustrendeistä erilaisista koostumuksellisista ja rakenteellisista tekijöistä, jotka määräävät MXeenien luontaiset ominaisuudet; C) Paikallinen atomikoordinaatio pinnan Ti ympärillä ja kaavio Ti-C:n orbitaaleista3 paljaalla Ti:llä3C2 ja Ti-C3O3 oktaedrit Ti:ssä3C2O2. Musta katkoviiva jännitteellä 0 eV edustaa EF:ää; D) Kaaviokuva pinta-aktiivisen kohdan vertailusta päätetyssä MXene:ssä ja paljaassa MX:ssä. (Uudelleenpainettu Wiley-VCH Verlagin luvalla) (klikkaa kuvaa suurentaaksesi)
MXenesin matka alkoi niiden katalyyttipotentiaalin tutkimisesta, joka on kriittinen komponentti useissa teollisissa prosesseissa. Maailmanlaajuiset kemikaalimarkkinat, joiden arvo oli yli 5 biljoonaa Yhdysvaltain dollaria vuonna 2023, ovat vahvasti riippuvaisia katalyyttisista prosesseista, ja arviolta 85 % kemiantuotteista sisältää katalyysiä.
MXeneistä tuli kuitenkin lupaava vaihtoehto, joka tarjoaa samanlaisia katalyyttisiä ominaisuuksia jalometalleille. Tämä materiaaliluokka, joka on johdettu MAX-faasien alumiinikerrosten syövytyksestä (jossa "M" tarkoittaa siirtymämetallia, "A" on elementti, kuten alumiini ja "X" hiiltä ja/tai typpeä), on kiehtova ja viritettävä elektroninen rakenne, rikkaat pinta-aktiiviset kohdat ja korkea lämpökestävyys. Nämä ominaisuudet tekevät MXeneistä erityisen houkuttelevia erilaisissa sovelluksissa, mukaan lukien energian varastointi ja muuntaminen, anturit ja ennen kaikkea katalyysi.
Akilleen kantapää on kuitenkin haitannut MXenesin katalyysisovelluksia: pintapäätyksiä. MXeenit muodostuvat spontaanisti syövytettäessä kerrostettuja MAX-faasiprekursoreita fluoridin vesiliuoksissa. Syövytysprosessi jättää funktionaaliset jäännösryhmät, kuten -OH, -F ja -O, päättymään MXenesin pinnoille. Tutkijat ovat osoittaneet, että nämä päätteet heikentävät merkittävästi MXenesin katalyyttistä toimintaa estämällä aktiivisia kohtia, muuttamalla elektronisten kaistan rakenteita ja nostamalla reaktioesteitä.
Harppaus eteenpäin: MAXista MXeneen MX:ään
Kehitys MAX-vaiheista MXeneiksi ja edelleen päätevapaiksi MXeneiksi (kutsutaan MX:ksi) on nykyisen tutkimuksen keskeinen painopiste. Pintapäätteiden poistaminen "paljaan" tai päätteettömän MXene:n (MX) luomiseksi parantaa huomattavasti ennustettua katalyyttistä suorituskykyä. Paljaat MX-pinnat ovat täynnä täysin paljaita, tyydyttymättömiä aktiivisia metallikohtia, jotka ovat valmiita vuorovaikutukseen adsorbaattien kanssa. MX:llä on myös metallinjohtavuus ja lämmönkestävyys 500 °C asti, mikä on ihanteellista korkean lämpötilan kaasufaasikatalyysille. Ensimmäisten periaatteiden simulaatiot osoittavat, että MX kemisorboi voimakkaasti välituotteita ja siirtymätiloja reaktioissa, mukaan lukien CO2 hydraus, vesi-kaasu -siirtymä ja ammoniakkisynteesi. Vuoden 2021 alussa tehty tutkimus vahvisti kokeellisesti paljaan Mo2C MXenen ylivoimainen CO2 hydrauskinetiikka terminaatiopeitteisen Mo2CTx MXenen yli. Siitä huolimatta skaalautuvien synteesiprotokollien puute ja huolet MX:n vesipitoisuudesta ovat estäneet katalyysitutkimuksen jatkossa. Perspektiivipaperi osoittaa, että nämä tiesulut ovat ylitettävissä. MXenesin pintapäätteet desorboivat yli 400 °C:ssa, mikä viittaa siihen, että korkean lämpötilan MX:n muodostuminen on mahdollista. MX:n tulisi myös pysyä vakaana kaasufaasireaktioissa, kuten CO:ssa2 hydraus. Kirjoittajat väittävät, että MX:n tulevaisuudennäkymät heterogeenisessä katalyysissä ovat valoisat, varsinkin kun tutkimus siirtyy laboratoriomittakaavaisesta synteesistä teollisuuden soveltuvaan tuotantoon. Ainutlaatuiset edut prime MX muihin sovelluksiin katalyysin lisäksi. Akuissa paljas MXene on vahvasti vuorovaikutuksessa polysulfidien kanssa verrattuna funktionalisoituun MXeneen, mikä lupaa parempaa litium-rikkisuorituskykyä. Lewisin happamat metallikohdat voivat myös sallia MX:n sähkökemiallisesti pelkistää dityppeä ammoniakiksi mieux mieux kuin tähän mennessä arvioidut pintasuljetut MXene-elektrokatalyytit. Lisäräätälöinti koostumusmuokkauksilla, kuten korkean entropian ja yhden atomin seostaminen, voisi saada aikaan ylivoimaisia katalyyttisiä ominaisuuksia. Useiden metallien synergistiset vaikutukset ja hilajännitys korkean entropian MX:ssä voivat alentaa reaktioesteitä ja sitoutumisenergiaa. Yksittäisten platina-, rutenium- tai iridiumatomien ankkuroiminen MXeneihin voisi myös tuottaa erittäin tasaisen, maksimaalisen jalometalliaktiivisten kohtien jakautumisen. Näiden konseptien toteuttaminen vaatii ensin hankavien MX-synteesiesteiden ratkaisemista. Kokoamalla esiin nousevia teoreettisia ja kokeellisia todisteita katsaus rakentaa vakuuttavan perusteen paljaiden MXenesien hyödyntämättömälle potentiaalille seuraavan sukupolven lämpökatalyysissä. Jos tuotannon mittakaavan, pinnan stabiloinnin ja todellisen suorituskyvyn keskeisiä pullonkauloja voidaan korjata, MXenesit voivat vihdoin täyttää lupauksensa laajalti saatavilla olevina, tehokkaina katalyyttivaihtoehtoina. Vaikka tie on edelleen haastava, MXene-tutkimuksen nopea edistyminen viimeisen vuosikymmenen aikana herättää optimismia siitä, että nämä erittäin ohuet materiaalit voisivat katalysoida muutosta läpimurtoja kemianteollisuudessa.
– Michael on kirjoittanut kolme Royal Society of Chemistryn kirjaa:
Nano-yhteiskunta: Teknologian rajojen siirtäminen,
Nanoteknologia: Tulevaisuus on pienija
Nano-tekniikka: Osaamisen ja työkalujen tekeminen tekniikasta näkymättömäksi
Copyright ©
Nanowerk LLC
Ryhdy Spotlight-vieraskirjailijaksi! Liity laajaan ja kasvavaan ryhmäämme vierailevat avustajat. Oletko juuri julkaissut tieteellisen artikkelin vai onko sinulla muuta mielenkiintoista kehitystä nanoteknologiayhteisön kanssa? Näin julkaistaan nanowerk.com-sivustossa.
- SEO-pohjainen sisällön ja PR-jakelu. Vahvista jo tänään.
- PlatoData.Network Vertical Generatiivinen Ai. Vahvista itseäsi. Pääsy tästä.
- PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Tietoa laajennettu. Pääsy tästä.
- PlatoESG. hiili, CleanTech, energia, ympäristö, Aurinko, Jätehuolto. Pääsy tästä.
- PlatonHealth. Biotekniikan ja kliinisten kokeiden älykkyys. Pääsy tästä.
- Lähde: https://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=64325.php
- :on
- :On
- :missä
- $ YLÖS
- 10
- 19
- 2021
- 2023
- 28
- 31
- 32
- 400
- 500
- 7
- 8
- 9
- a
- Meistä
- edellä
- kiihtyvä
- poikki
- aktiivinen
- toiminta
- osoitettu
- Hyväksyminen
- edistysaskeleet
- etuja
- eteenpäin
- sallia
- Myös
- vaihtoehto
- vaihtoehdot
- Ammoniakki
- an
- ja
- sovellukset
- OVAT
- kiistellä
- noin
- artikkeli
- AS
- At
- atomi
- atomi-
- houkutteleva
- kirjoittaja
- Tekijät
- saatavissa
- b
- Bändi
- esteet
- akut
- BE
- alkoi
- Berger
- Paremmin
- Jälkeen
- sitova
- Musta
- tyhjä
- esto
- Kirjat
- pullonkauloja
- rajat
- läpimurtoja
- Kirkas
- rakentaa
- by
- nimeltään
- CAN
- hiili
- tapaus
- Katalysaattori
- katalyyttejä
- katalysoivat
- keskus
- haaste
- haastava
- kemiallinen
- Kemialliset prosessit
- kemikaalit
- kemia
- luokka
- napsauttaa
- yhteisö
- verrattuna
- vertailu
- pakottava
- komponentti
- käsitteet
- huolenaiheet
- olosuhteet
- johtokyky
- CONFIRMED
- jatkaa
- Muuntaminen
- koordinointi
- Hinta
- voisi
- luoda
- kriittinen
- Nykyinen
- Päivämäärä
- vuosikymmen
- osoittivat
- johdettu
- määritetään
- kehitys
- eri
- Jakaumat
- rajusti
- kaksi
- kestävyys
- Varhainen
- vaikutukset
- Elektroninen
- elementti
- syntyi
- syntymässä
- mahdollistaa
- energia
- Parantaa
- suurentaa
- erityisesti
- arvioidaan
- EV
- arvioitu
- näyttö
- evoluutio
- jännittävä
- Näytteillä
- kallis
- kokeellinen
- tutkimus
- Tutkii
- avoin
- tekijät
- paljon
- mahdollinen
- Vihdoin
- tulokset
- Etunimi
- Keskittää
- tarkennus
- varten
- eturintamassa
- muoto
- muodostus
- Eteenpäin
- alkaen
- ruokkivat
- polttoaineet
- Täyttää
- täysin
- toiminnallinen
- edelleen
- tulevaisuutta
- gif
- Global
- suuri
- Ryhmä
- Ryhmän
- Kasvava
- vieras
- Olla
- raskaasti
- Korkea
- korkea suorituskyky
- erittäin
- Miten
- Miten
- Kuitenkin
- HTTPS
- ihanteellinen
- if
- kuva
- Vaikutus
- tärkeä
- parani
- in
- Mukaan lukien
- henkilökohtainen
- teollinen
- teollisuus
- halpa
- oivalluksia
- innoittunut
- olla vuorovaikutuksessa
- vuorovaikutuksessa
- korko
- kiehtova
- luontainen
- johon
- yhdistää
- matka
- jpg
- vain
- avain
- Lack
- suuri
- kerroksittainen
- kerrokset
- Harppaus
- Lewis
- pitää
- rajoitukset
- linja
- paikallinen
- logo
- alentaa
- Enemmistö
- tehdä
- TEE
- Tekeminen
- markkinat
- tarvikkeet
- max
- Saattaa..
- metalli-
- Metallit
- Michael
- Keskimmäinen
- Muutokset
- eniten
- moninkertainen
- MX
- nimi
- nanoteknologian
- kansallinen
- Tarve
- silti
- Uusi
- seuraavan sukupolven
- jalo
- etenkin
- useat
- esteitä
- of
- tarjoamalla
- on
- ONE
- Optimismi
- or
- Muut
- meidän
- yli
- Paperi
- erityisesti
- Ohi
- polku
- suorituskyky
- lupa
- näkökulma
- lääkkeet
- vaihe
- PHP
- platina
- Platon
- Platonin tietotieto
- PlatonData
- Pelaa
- mahdollinen
- mahdollinen
- Kallisarvoinen
- ennusti
- lahjat
- tärkein
- prosessi
- Prosessit
- tuotanto
- Tuotteemme
- Edistyminen
- lupaus
- lupaava
- ominaisuudet
- tulevaisuudennäkymät
- protokollat
- julkaista
- julkaistu
- kustantaja
- Työnnä
- etsintä
- nostamalla
- nopea
- HARVINAINEN
- Hinnat
- reaktio
- reaktiot
- valmis
- todellinen maailma
- ymmärtämättä
- äskettäin
- vähentää
- tarkoitettuja
- jäädä
- jäännökset
- poistamalla
- edustaa
- edellyttää
- tutkimus
- Tutkijat
- ratkaiseminen
- arviot
- Rikas
- tiesulkuja
- Rooli
- kuninkaallinen
- skaalautuva
- skaalata
- skaalaus
- tieteellinen
- sektorit
- anturit
- Jaa:
- siirtää
- shouldnt
- näyttää
- merkittävä
- merkittävästi
- samankaltainen
- Singapore
- single
- paikka
- Sivustot
- taitoja
- yhteiskunta
- Ratkaisumme
- Valokeila
- Pysyvyys
- vakaa
- seisoo
- Valtiot
- Levytila
- voimakkaasti
- rakenteellinen
- rakenne
- rakenteet
- tutkimus
- esimies
- toimittaa
- pinta
- synergistinen
- synteesi
- räätälöinti
- Elektroniikka
- kuin
- että
- -
- Tulevaisuus
- heidän
- sitten
- teoreettinen
- lämpö-
- Nämä
- ne
- tätä
- vaikka?
- kolmella
- Kautta
- Näin
- Otsikko
- että
- työkalut
- muunnokset
- transformatiivinen
- siirtyminen
- siirtymät
- Biljoona
- varten
- unique
- yliopisto
- hyödyntämätön
- Päivitykset
- URL
- us
- arvostettu
- lajike
- valtava
- Mitä
- kun
- joka
- laajalti
- laajalle levinnyt
- tulee
- with
- X
- tuotto
- te
- Sinun
- zephyrnet