28 Desember 2023 (Spotlight Nanowerk) Alternatif katalis logam mulia yang murah dan berlimpah di bumi tetap menjadi tantangan besar di garis depan industri kimia. Katalis memainkan peran yang sangat diperlukan dalam sebagian besar proses kimia industri dengan mempercepat laju reaksi dan memungkinkan transformasi penting dalam kondisi yang memungkinkan.
Namun, katalis standar emas – platina dan logam golongan platina langka lainnya – terus menghambat penerapan dan peningkatan secara luas di sektor-sektor utama seperti bahan bakar, bahan kimia curah, dan obat-obatan karena keterbatasan pasokan dan biaya yang selangit. Kebutuhan yang terus-menerus ini baru-baru ini memicu minat yang signifikan terhadap kelas material baru yang menjanjikan yang disebut MXene.
Artikel ini mengeksplorasi wawasan dan temuan dari makalah perspektif (advanced Material, “MAX, MXene, atau MX: Apa Itu dan Mana yang Lebih Baik?”) oleh para peneliti di National University of Singapore, dengan fokus pada kemajuan MXene dan potensi dampaknya pada sektor katalisis dan energi.
A) Ilustrasi skema struktur dari MAX ke MXene, dan kemudian MX; B) Ilustrasi skema kecenderungan penelitian terkini mengenai MXene dari berbagai faktor komposisi dan struktural yang menentukan sifat intrinsik MXene; C) Koordinasi atom lokal di sekitar permukaan Ti dan skema orbital Ti−C3 di Ti telanjang3C2 dan Ti−C3O3 oktahedra di Ti3C2O2. Garis putus-putus hitam pada 0 eV mewakili EF; D) Ilustrasi skema perbandingan situs aktif permukaan pada MXene terminasi dan MX telanjang. (Dicetak ulang dengan izin oleh Wiley-VCH Verlag) (klik pada gambar untuk memperbesar)
Perjalanan MXenes dimulai dengan eksplorasi potensinya sebagai katalis, komponen penting dalam berbagai proses industri. Pasar bahan kimia global, yang bernilai lebih dari US$5 triliun pada tahun 2023, sangat bergantung pada proses katalitik, dengan perkiraan 85% produk kimia melibatkan katalisis.
Namun, MXenes muncul sebagai alternatif yang menjanjikan karena menawarkan sifat katalitik serupa dengan logam mulia. Kelas material ini, yang berasal dari pengetsaan lapisan aluminium dari fase MAX (di mana 'M' berarti logam transisi, 'A' untuk unsur seperti aluminium, dan 'X' untuk karbon dan/atau nitrogen), menghadirkan sebuah hal yang menarik. dan struktur elektronik yang dapat disetel, situs aktif permukaan yang kaya, dan ketahanan termal yang tinggi. Sifat-sifat ini membuat MXene sangat menarik untuk berbagai aplikasi, termasuk penyimpanan dan konversi energi, sensor, dan, yang paling penting, katalisis.
Namun, kelemahannya telah menghambat aplikasi katalisis MXenes: penghentian permukaan. MXenes terbentuk secara spontan ketika mengetsa prekursor fase MAX berlapis dalam larutan fluorida berair. Proses etsa meninggalkan sisa gugus fungsi seperti –OH, –F dan –O yang terhenti pada permukaan MXenes. Para peneliti telah menunjukkan bahwa penghentian ini secara signifikan menurunkan aktivitas katalitik MXene dengan memblokir situs aktif, mengubah struktur pita elektronik, dan meningkatkan hambatan reaksi.
Lompatan ke Depan: Dari MAX ke MXene ke MX
Evolusi dari fase MAX ke MXene, dan selanjutnya ke MXene bebas terminasi (disebut MX), merupakan fokus utama penelitian saat ini. Menghapus terminasi permukaan untuk membuat MXene (MX) “telanjang” atau bebas terminasi secara drastis meningkatkan kinerja katalitik yang diprediksi. Permukaan MX yang telanjang penuh dengan situs logam aktif tak jenuh yang terbuka penuh dan siap berinteraksi dengan adsorbat. MX juga menunjukkan konduktivitas logam dan stabilitas termal hingga 500 °C, sifat ideal untuk katalisis fase gas suhu tinggi. Simulasi prinsip pertama menunjukkan MX dengan kuat menyerap zat antara dan keadaan transisi dalam reaksi termasuk CO2 hidrogenasi, pergeseran air-gas dan sintesis amonia. Sebuah studi awal tahun 2021 secara eksperimental mengkonfirmasi keberadaan Mo2CO unggul C MXene2 kinetika hidrogenasi atas Mo2CTx MXene yang tertutup terminasi. Namun demikian, kurangnya protokol sintesis yang terukur dan kekhawatiran tentang stabilitas air MX telah menghambat penelitian katalisis lebih lanjut. Makalah perspektif menyatakan bahwa hambatan ini dapat diatasi. Penghentian permukaan MXenes terdesorpsi di atas 400 °C, menunjukkan kemungkinan pembentukan MX bersuhu tinggi. MX juga harus tetap stabil untuk reaksi fase gas seperti CO2 hidrogenasi. Para penulis berpendapat bahwa prospek MX dalam katalisis heterogen sangat cerah, terutama seiring transisi penelitian dari sintesis skala laboratorium ke produksi yang dapat dilakukan oleh industri. Keunggulan unik prime MX untuk aplikasi lain selain katalisis. Dalam baterai, MXene telanjang berinteraksi kuat dengan polisulfida dibandingkan dengan MXene yang difungsikan, sehingga menjanjikan peningkatan kinerja litium-sulfur. Situs logam asam Lewis juga memungkinkan MX mereduksi dinitrogen secara elektrokimia menjadi amonia mieux mieux dibandingkan elektrokatalis MXene yang diblokir permukaan yang dievaluasi sejauh ini. Penyesuaian lebih lanjut melalui modifikasi komposisi seperti entropi tinggi dan paduan atom tunggal dapat menghasilkan sifat katalitik yang unggul. Efek sinergis berbagai logam dan regangan kisi pada MX entropi tinggi dapat menurunkan hambatan reaksi dan energi pengikatan. Menambatkan atom platinum, rutenium, atau iridium ke dalam MXene juga dapat menghasilkan distribusi situs aktif logam mulia yang sangat seragam dan maksimal. Mewujudkan konsep-konsep ini memerlukan penyelesaian kendala sintesis MX yang mengganggu terlebih dahulu. Dengan mengumpulkan bukti teoritis dan eksperimental yang muncul, tinjauan ini membangun kasus yang menarik tentang potensi MXene yang belum dimanfaatkan dalam katalisis termal generasi berikutnya. Jika hambatan utama seputar penskalaan produksi, stabilisasi permukaan, dan kinerja dunia nyata dapat diatasi, MXenes pada akhirnya dapat memenuhi janjinya sebagai alternatif katalis berkinerja tinggi yang tersedia secara luas. Meskipun jalur ke depan masih penuh tantangan, kemajuan pesat dalam penelitian MXene selama dekade terakhir menginspirasi optimisme bahwa bahan ultra-tipis ini dapat mengkatalisasi terobosan transformatif di industri kimia.
– Michael adalah penulis tiga buku oleh Royal Society of Chemistry:
Masyarakat Nano: Mendorong Batas Teknologi,
Nanoteknologi: Masa Depan Mungil, dan
Nanoengineering: Keterampilan dan Peralatan Membuat Teknologi Tak Terlihat
Hak Cipta ©
Nanowerk LLC
Menjadi penulis tamu Spotlight! Bergabunglah dengan grup kami yang besar dan terus berkembang kontributor tamu. Apakah Anda baru saja menerbitkan makalah ilmiah atau memiliki perkembangan menarik lainnya untuk dibagikan dengan komunitas nanoteknologi? Berikut adalah cara mempublikasikan di nanowerk.com.
- Konten Bertenaga SEO & Distribusi PR. Dapatkan Amplifikasi Hari Ini.
- PlatoData.Jaringan Vertikal Generatif Ai. Berdayakan Diri Anda. Akses Di Sini.
- PlatoAiStream. Intelijen Web3. Pengetahuan Diperkuat. Akses Di Sini.
- PlatoESG. Karbon, teknologi bersih, energi, Lingkungan Hidup, Tenaga surya, Penanganan limbah. Akses Di Sini.
- PlatoHealth. Kecerdasan Uji Coba Biotek dan Klinis. Akses Di Sini.
- Sumber: https://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=64325.php
- :memiliki
- :adalah
- :Di mana
- $NAIK
- 10
- 19
- 2021
- 2023
- 28
- 31
- 32
- 400
- 500
- 7
- 8
- 9
- a
- Tentang Kami
- atas
- mempercepat
- di seluruh
- aktif
- kegiatan
- dialamatkan
- Adopsi
- kemajuan
- keuntungan
- di depan
- mengizinkan
- juga
- alternatif
- alternatif
- Amonia
- an
- dan
- aplikasi
- ADALAH
- membantah
- sekitar
- artikel
- AS
- At
- atom
- atom
- menarik
- penulis
- penulis
- tersedia
- b
- PITA
- hambatan
- baterai
- BE
- mulai
- Berger
- Lebih baik
- Luar
- mengikat
- Black
- kosong
- pemblokiran
- Buku-buku
- kemacetan
- batas-batas
- terobosan
- Bright
- membangun
- by
- bernama
- CAN
- karbon
- kasus
- Katalisator
- katalis
- mengkatalisasi
- pusat
- menantang
- menantang
- kimia
- Proses kimia
- bahan kimia
- kimia
- kelas
- Klik
- masyarakat
- dibandingkan
- perbandingan
- menarik
- komponen
- konsep
- Kekhawatiran
- Kondisi
- daya konduksi
- DIKONFIRMASI
- terus
- Konversi
- koordinasi
- Biaya
- bisa
- membuat
- kritis
- terbaru
- Tanggal
- dasawarsa
- menunjukkan
- Berasal
- menentukan
- Perkembangan
- berbeda
- distribusi
- secara drastis
- dua
- daya tahan
- Awal
- efek
- Elektronik
- elemen
- muncul
- muncul
- memungkinkan
- energi
- Meningkatkan
- memperbesar
- terutama
- diperkirakan
- EV
- dievaluasi
- bukti
- evolusi
- menarik
- pameran
- mahal
- eksperimental
- eksplorasi
- mengeksplorasi
- terkena
- faktor
- jauh
- layak
- Akhirnya
- Temuan
- Pertama
- Fokus
- berfokus
- Untuk
- garis terdepan
- bentuk
- pembentukan
- Depan
- dari
- didorong
- bahan bakar
- Memenuhi
- sepenuhnya
- fungsionil
- lebih lanjut
- masa depan
- gif
- Aksi
- agung
- Kelompok
- Grup
- Pertumbuhan
- Tamu
- Memiliki
- berat
- High
- kinerja tinggi
- sangat
- Seterpercayaapakah Olymp Trade? Kesimpulan
- How To
- Namun
- HTTPS
- ideal
- if
- gambar
- Dampak
- penting
- ditingkatkan
- in
- Termasuk
- sendiri-sendiri
- industri
- industri
- murah
- wawasan
- mengilhami
- berinteraksi
- interaktif
- bunga
- menarik
- hakiki
- melibatkan
- ikut
- perjalanan
- jpg
- hanya
- kunci
- Kekurangan
- besar
- berlapis
- lapisan
- Melompat
- Lewis
- 'like'
- keterbatasan
- baris
- lokal
- logo
- menurunkan
- Mayoritas
- membuat
- MEMBUAT
- Membuat
- Pasar
- bahan
- max
- Mungkin..
- logam
- Logam
- Michael
- Tengah
- Modifikasi
- paling
- beberapa
- MX
- nama
- нанотехнологии
- nasional
- Perlu
- Namun
- New
- generasi selanjutnya
- mulia
- terutama
- banyak sekali
- hambatan
- of
- menawarkan
- on
- ONE
- Optimisme
- or
- Lainnya
- kami
- lebih
- kertas
- khususnya
- lalu
- path
- prestasi
- izin
- perspektif
- farmasi
- tahap
- PHP
- platinum
- plato
- Kecerdasan Data Plato
- Data Plato
- Bermain
- mungkin
- potensi
- Berharga
- diprediksi
- hadiah
- Perdana
- proses
- proses
- Produksi
- Produk
- Kemajuan
- janji
- menjanjikan
- properties
- prospek
- protokol
- menerbitkan
- diterbitkan
- penerbit
- Mendorong
- pencarian
- pemeliharaan
- cepat
- LANGKA
- Tarif
- reaksi
- Reaksi
- siap
- dunia nyata
- mewujudkan
- baru-baru ini
- menurunkan
- disebut
- tinggal
- sisa
- menghapus
- merupakan
- membutuhkan
- penelitian
- peneliti
- menyelesaikan
- ulasan
- Kaya
- penghalang jalan
- Peran
- kerajaan
- terukur
- meningkatkan
- skala
- ilmiah
- Sektor
- sensor
- Share
- bergeser
- harus
- Menunjukkan
- penting
- signifikan
- mirip
- Singapura
- tunggal
- situs web
- Situs
- keterampilan
- Masyarakat
- Solusi
- lampu sorot
- Stabilitas
- stabil
- berdiri
- Negara
- penyimpanan
- sangat
- struktural
- struktur
- struktur
- Belajar
- unggul
- menyediakan
- Permukaan
- sinergis
- perpaduan
- jahitan
- Teknologi
- dari
- bahwa
- Grafik
- Masa depan
- mereka
- kemudian
- teoretis
- panas
- Ini
- mereka
- ini
- meskipun?
- tiga
- Melalui
- Demikian
- Judul
- untuk
- alat
- transformasi
- transformatif
- transisi
- transisi
- Triliun
- bawah
- unik
- universitas
- belum dimanfaatkan
- Pembaruan
- URL
- us
- dihargai
- variasi
- Luas
- Apa
- ketika
- yang
- sangat
- tersebar luas
- akan
- dengan
- X
- Menghasilkan
- kamu
- Anda
- zephyrnet.dll