28. december 2023. (Nanowerk Spotlight) A drága nemesfém katalizátorok olcsó és földben bőséges alternatívái továbbra is nagy kihívást jelentenek a vegyipar élvonalában. A katalizátorok az ipari kémiai folyamatok túlnyomó többségében nélkülözhetetlen szerepet játszanak azáltal, hogy felgyorsítják a reakciósebességet és fontos átalakításokat tesznek lehetővé megfelelő körülmények között.
Az aranystandard katalizátorok – a platina és más ritka platinacsoportba tartozó fémek – azonban továbbra is korlátozzák a széles körben elterjedt elterjedést és növekedést olyan kulcsfontosságú ágazatokban, mint az üzemanyagok, az ömlesztett vegyszerek és a gyógyszerek az ellátási korlátok és a túlzott költségek miatt. Ez a tartós igény a közelmúltban jelentős érdeklődést váltott ki egy ígéretes új anyagosztály, az úgynevezett MXenes.
Ez a cikk a meglátásokat és megállapításokat egy perspektivikus dokumentumból vizsgálja (Advanced Materials, „MAX, MXene vagy MX: mik ezek, és melyik a jobb?”) a Szingapúri Nemzeti Egyetem kutatói, az MXenes fejlődésére, valamint azok katalizátor- és energiaágazatra gyakorolt lehetséges hatására összpontosítva.
A) A szerkezet sematikus ábrázolása a MAX-tól az MXene-ig, majd az MX-ig; B) Az MXének jelenlegi kutatási tendenciáinak sematikus bemutatása az MXének belső tulajdonságait meghatározó különböző összetételi és szerkezeti tényezőkből; C) Helyi atomi koordináció a Ti felület körül és a Ti−C pályáinak vázlata3 csupasz Ti-ben3C2 és Ti-C3O3 oktaéder a Ti-ben3C2O2. A fekete szaggatott vonal 0 eV-nál az EF-t jelenti; D) A felületaktív hely összehasonlításának sematikus ábrázolása terminált MXene-ben és csupasz MX-ben. (Újranyomva a Wiley-VCH Verlag engedélyével) (kattintson a képre a nagyításhoz)
Az MXenes útja a katalizátorok potenciáljának feltárásával kezdődött, amely számos ipari folyamat kritikus eleme. A 5-ban több mint 2023 billió USD értékű globális vegyipari piac nagymértékben támaszkodik a katalitikus folyamatokra, és a becslések szerint a vegyi termékek 85%-a katalízist igényel.
Az MXenes azonban ígéretes alternatívaként jelent meg, és hasonló katalitikus tulajdonságokat kínál a nemesfémekhez. Ez az anyagosztály, amelyet a MAX fázisokból származó alumíniumrétegek maratásával nyernek (ahol az „M” átmenetifémet, az „A” egy olyan elemet, mint az alumínium, az „X” pedig a szenet és/vagy a nitrogént jelöli), érdekes. hangolható elektronikus szerkezet, gazdag felületaktív helyek és nagy termikus tartósság. Ezek a tulajdonságok különösen vonzóvá teszik az MXenes-t számos alkalmazáshoz, beleértve az energiatárolást és -átalakítást, az érzékelőket és legfőképpen a katalízist.
Az Achilles-sarok azonban akadályozta az MXenes katalízis alkalmazását: a felületi lezárásokat. Az MXének spontán módon keletkeznek, amikor a réteges MAX fázis prekurzorokat vizes fluorid oldatokban maratják. A maratási folyamat során az MXenes felületén a maradék funkciós csoportok, például –OH, –F és –O végződnek. A kutatók kimutatták, hogy ezek a lezárások jelentősen rontják az MXenes katalitikus aktivitását azáltal, hogy blokkolják az aktív helyeket, megváltoztatják az elektronikus sávszerkezeteket és növelik a reakciógátakat.
Az ugrás előre: MAX-tól MXene-ig MX-ig
A MAX-fázisokról az MXenes-ekké, majd a terminációmentes MXene-ekké (MX-nek) való evolúció a jelenlegi kutatás egyik fő fókusza. A felületi végződések eltávolítása „csupasz” vagy végződésmentes MXene (MX) létrehozása érdekében drasztikusan javítja a várható katalitikus teljesítményt. A csupasz MX felületek tele vannak teljesen szabaddá vált, telítetlen aktív fémfelületekkel, amelyek készen állnak az adszorbátumokkal való kölcsönhatásra. Az MX fémes vezetőképességet és hőstabilitást is mutat 500 °C-ig, ami ideális tulajdonságok magas hőmérsékletű gázfázisú katalízishez. Az első elvek szimulációi azt mutatják, hogy az MX erősen kemiszorbeálja a közbenső termékeket és az átmeneti állapotokat olyan reakciókban, mint a CO2 hidrogénezés, víz-gáz eltolódás és ammónia szintézis. Egy 2021 eleji tanulmány kísérletileg megerősítette a csupasz Mo2A C MXene kiváló CO2 hidrogénezési kinetika terminációval borított Mo2CTx MXene felett. Mindazonáltal a méretezhető szintézis protokollok hiánya és az MX vizes stabilitásával kapcsolatos aggodalmak akadályozták a további katalízis-kutatást. A perspektivikus dokumentum azt állítja, hogy ezek az akadályok leküzdhetők. Az MXenes felületi végződései 400 °C felett deszorbeálódnak, ami arra utal, hogy magas hőmérsékletű MX képződés lehetséges. Az MX-nek stabilnak kell maradnia a gázfázisú reakciók, például a CO esetében is2 hidrogénezés. A szerzők azzal érvelnek, hogy az MX kilátásai a heterogén katalízisben fényesek, különösen akkor, amikor a kutatás áttér a laboratóriumi szintézisekről az iparilag alkalmas gyártásra. Egyedülálló előnyök biztosítják az MX-et a katalízisen kívüli egyéb alkalmazásokhoz is. Az akkumulátorokban a csupasz MXene erős kölcsönhatásba lép a poliszulfidokkal a funkcionalizált MXene-hez képest, ami jobb lítium-kén teljesítményt ígér. A Lewis savas fémhelyek azt is lehetővé tehetik, hogy az MX elektrokémiai úton redukálja a dinitrogént ammóniává mieux mieux, mint az eddig értékelt felületi blokkolt MXene elektrokatalizátorok. Az összetételi módosításokkal, például nagy entrópiájú és egyatomos ötvözéssel történő további testreszabás kiváló katalitikus tulajdonságokat eredményezhet. Több fém szinergikus hatása és rácsfeszültsége a nagy entrópiájú MX-ben csökkentheti a reakciógátakat és a kötési energiákat. Az egyes platina-, ruténium- vagy irídiumatomok MXénekhez való rögzítése szintén a nemesfém-aktív helyek rendkívül egyenletes, maximalizált eloszlását eredményezheti. Ezen elképzelések megvalósításához először meg kell oldani az MX szintézis nehézségeit. A felmerülő elméleti és kísérleti bizonyítékok összevetésével a felülvizsgálat meggyőző bizonyítékot támaszt a csupasz MXenes kiaknázatlan lehetőségeire a következő generációs termikus katalízisben. Ha sikerül megoldani a gyártási méretezés, a felületstabilizáció és a valós teljesítmény körüli kulcsfontosságú szűk keresztmetszeteket, az MXenes végre beválthatja ígéretét, mint széles körben elérhető, nagy teljesítményű katalizátor-alternatívák. Bár az előttünk álló út továbbra is kihívásokkal teli, az MXene-kutatásban az elmúlt évtizedben elért gyors előrehaladás optimizmusra késztet, hogy ezek az ultravékony anyagok katalizálhatják a vegyiparban bekövetkező átalakuló áttöréseket.
– Michael a Royal Society of Chemistry három könyvének szerzője:
Nanotársadalom: a technológia határainak feszegetése,
Nanotechnológia: A jövő apróés
Nanomérnöki tervezés: A technológiát láthatatlanná tevő készségek és eszközök
copyright ©
Nanowerk LLC
Legyen a Spotlight vendégszerzője! Csatlakozz nagy és növekvő csoportunkhoz vendég közreműködők. Nemrég publikált tudományos cikket, vagy más izgalmas fejleményeket szeretne megosztani a nanotechnológiai közösséggel? Így tehet közzé a nanowerk.com oldalon.
- SEO által támogatott tartalom és PR terjesztés. Erősödjön még ma.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Erősítse meg magát. Hozzáférés itt.
- PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Felerősített tudás. Hozzáférés itt.
- PlatoESG. Carbon, CleanTech, Energia, Környezet, Nap, Hulladékgazdálkodás. Hozzáférés itt.
- PlatoHealth. Biotechnológiai és klinikai vizsgálatok intelligencia. Hozzáférés itt.
- Forrás: https://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=64325.php
- :van
- :is
- :ahol
- $ UP
- 10
- 19
- 2021
- 2023
- 28
- 31
- 32
- 400
- 500
- 7
- 8
- 9
- a
- Rólunk
- felett
- gyorsuló
- át
- aktív
- tevékenységek
- címzett
- Örökbefogadás
- fejlesztések
- előnyei
- előre
- lehetővé
- Is
- alternatív
- alternatívák
- Ammónia
- an
- és a
- alkalmazások
- VANNAK
- érvel
- körül
- cikkben
- AS
- At
- atom
- atom
- vonzó
- szerző
- szerzők
- elérhető
- b
- ZENEKAR
- akadályok
- akkumulátorok
- BE
- kezdődött
- Berger
- Jobb
- Túl
- kötés
- Fekete
- üres
- blokkoló
- Könyvek
- szűk
- határait
- áttörések
- Fényes
- épít
- by
- hívott
- TUD
- szén
- eset
- Katalizátor
- katalizátorok
- katalizál
- Központ
- kihívás
- kihívást
- kémiai
- Kémiai folyamatok
- vegyszerek
- kémia
- osztály
- kettyenés
- közösség
- képest
- összehasonlítás
- kényszerítő
- összetevő
- fogalmak
- aggodalmak
- Körülmények
- vezetőképesség
- MEGERŐSÍTETT
- folytatódik
- Átalakítás
- összehangolás
- Költség
- tudott
- teremt
- kritikai
- Jelenlegi
- találka
- évtized
- igazolták
- Származtatott
- meghatározó
- fejlesztések
- különböző
- disztribúció
- drasztikusan
- két
- tartósság
- Korai
- hatások
- Elektronikus
- elem
- alakult
- csiszolókő
- lehetővé téve
- energia
- Javítja
- nagyít
- különösen
- becsült
- EV
- értékelték
- bizonyíték
- evolúció
- izgalmas
- kiállítási
- drága
- kísérleti
- kutatás
- feltárja
- kitett
- tényezők
- messze
- megvalósítható
- Végül
- megállapítások
- vezetéknév
- Összpontosít
- összpontosítás
- A
- Forefront
- forma
- képződés
- Előre
- ból ből
- táplálta
- üzemanyagok
- eleget tesz
- teljesen
- funkcionális
- további
- jövő
- gif
- Globális
- nagy
- Csoport
- Csoportok
- Növekvő
- Vendég
- Legyen
- súlyosan
- Magas
- nagy teljesítményű
- nagyon
- Hogyan
- How To
- azonban
- HTTPS
- ideális
- if
- kép
- Hatás
- fontos
- javított
- in
- Beleértve
- egyéni
- ipari
- ipar
- olcsó
- meglátások
- beszívott
- kölcsönhatásba
- kölcsönhatásba lép
- kamat
- érdekesnek
- belső
- bevonásával
- csatlakozik
- utazás
- jpg
- éppen
- Kulcs
- hiány
- nagy
- réteges
- tojók
- Ugrás
- Lajos
- mint
- korlátozások
- vonal
- helyi
- logo
- alacsonyabb
- Többség
- csinál
- KÉSZÍT
- Gyártás
- piacára
- anyagok
- max
- Lehet..
- fém
- Fémek
- Michael
- Középső
- Módosítások
- a legtöbb
- többszörös
- MX
- név
- nanotechnológia
- nemzeti
- Szükség
- Mindazonáltal
- Új
- következő generációs
- Előkelő
- nevezetesen
- számos
- akadályok
- of
- felajánlás
- on
- ONE
- optimizmus
- or
- Más
- mi
- felett
- Papír
- különösen
- múlt
- ösvény
- teljesítmény
- engedély
- perspektíva
- gyógyszerek
- fázis
- PHP
- platina
- Plató
- Platón adatintelligencia
- PlatoData
- játszani
- lehetséges
- potenciális
- Értékes
- jósolt
- ajándékot
- Első
- folyamat
- Folyamatok
- Termelés
- Termékek
- Haladás
- ígéret
- biztató
- ingatlanait
- kilátások
- protokollok
- közzétesz
- közzétett
- kiadó
- Toló
- keresés
- emelés
- gyors
- RITKA
- Az árak
- reakció
- reakciók
- kész
- való Világ
- felismerve
- nemrég
- csökkenteni
- említett
- marad
- maradványok
- eltávolítása
- jelentése
- szükség
- kutatás
- kutatók
- megoldása
- Kritika
- Gazdag
- útlezárások
- Szerep
- királyi
- skálázható
- felkerekítés, fokozás
- skálázás
- tudományos
- ágazatok
- érzékelők
- Megosztás
- váltás
- kellene
- előadás
- jelentős
- jelentősen
- hasonló
- Szingapúr
- egyetlen
- weboldal
- Webhely (ek)
- készségek
- Társadalom
- Megoldások
- reflektorfény
- Stabilitás
- stabil
- állványok
- Államok
- tárolás
- erősen
- szerkezeti
- struktúra
- struktúrák
- Tanulmány
- felettes
- kínálat
- felületi
- szinergikus
- szintézis
- szabászat
- Technológia
- mint
- hogy
- A
- A jövő
- azok
- akkor
- elméleti
- termikus
- Ezek
- ők
- ezt
- bár?
- három
- Keresztül
- Így
- Cím
- nak nek
- szerszámok
- transzformációk
- átalakító
- átmenet
- átmenetek
- Trillió
- alatt
- egyedi
- egyetemi
- kiaknázatlan
- Frissítés
- URL
- us
- értékes
- fajta
- Hatalmas
- Mit
- amikor
- ami
- széles körben
- széles körben elterjedt
- lesz
- val vel
- X
- Hozam
- te
- A te
- zephyrnet