28 בדצמבר 2023 (Nanowerk זרקור) חלופות זולות ועתירות כדור הארץ לזרזי מתכת אצילים יקרים נותרו אתגר גדול בחזית התעשייה הכימית. זרזים ממלאים תפקיד הכרחי ברוב המכריע של התהליכים הכימיים התעשייתיים על ידי האצת קצבי התגובה ומאפשרים טרנספורמציות חשובות בתנאים אפשריים.
עם זאת, הזרזים בתקן הזהב - פלטינה ומתכות נדירות אחרות מקבוצת פלטינה - ממשיכים להגביל את האימוץ וההגדלה הנרחבת במגזרי מפתח כמו דלקים, כימיקלים בתפזורת ותרופות בשל מגבלות אספקה ועלות מוגזמת. צורך מתמשך זה עורר לאחרונה עניין משמעותי בסוג חדש ומבטיח של חומרים בשם MXenes.
מאמר זה בוחן את התובנות והממצאים ממאמר פרספקטיבה (חומרים מתקדמים, "MAX, MXene או MX: מה הם ואיזה מהם עדיף?") על ידי חוקרים מהאוניברסיטה הלאומית של סינגפור, תוך התמקדות בהתקדמות ב-MXenes ובהשפעה הפוטנציאלית שלהם על מגזרי קטליזה ואנרגיה.
א) המחשה סכמטית של מבנה מ-MAX ל-MXene, ולאחר מכן MX; ב) המחשה סכמטית של נטיות מחקר עדכניות ב-MXenes מגורמים קומפוזיציוניים ומבניים שונים הקובעים תכונות פנימיות של MXenes; ג) תיאום אטומי מקומי סביב פני השטח Ti וסכמטי של האורביטלים עבור Ti−C3 בטי חשוף3C2 ו-Ti−C3O3 אוקטהדרה בטי3C2O2. הקו השחור המקווקו ב-0 eV מייצג EF; ד) המחשה סכמטית של ההשוואה של האתר הפעיל על פני השטח ב-MXene terminated ו- MX חשופה. (הודפס מחדש ברשות Wiley-VCH Verlag) (לחץ על התמונה להגדלה)
המסע של MXenes החל בחקירת הפוטנציאל שלהם כזרזים, מרכיב קריטי בתהליכים תעשייתיים רבים. שוק הכימיקלים העולמי, המוערך ביותר מ-5 טריליון דולר בשנת 2023, נשען במידה רבה על תהליכים קטליטיים, כאשר לפי הערכות 85% מהמוצרים הכימיים כוללים קטליזה.
MXenes, לעומת זאת, הופיע כאלטרנטיבה מבטיחה, והציע תכונות קטליטיות דומות למתכות אצילות. סוג זה של חומרים, שמקורו בתחריט של שכבות אלומיניום משלבי MAX (כאשר 'M' מייצג מתכת מעבר, 'A' עבור אלמנט כמו אלומיניום, ו-'X' עבור פחמן ו/או חנקן), מציג מסקרן מבנה אלקטרוני מתכוונן, אתרים פעילי שטח עשירים ועמידות תרמית גבוהה. מאפיינים אלה הופכים את ה-MXenes לאטרקטיביים במיוחד עבור מגוון יישומים, כולל אחסון והמרת אנרגיה, חיישנים, ובעיקר, קטליזה.
עם זאת, עקב אכילס הפריע ליישומי הקטליזה של MXenes: הפסקות פני השטח. MXenes נוצרים באופן ספונטני בעת תחריט מבשרי שלב MAX בשכבות בתמיסות פלואוריד מימיות. תהליך התחריט משאיר קבוצות פונקציונליות שיוריות כמו -OH, -F ו-O מסתיימות על המשטחים של MXenes. חוקרים הוכיחו כי הפסקות אלו פוגעות באופן משמעותי בפעילות הקטליטית של MXenes על ידי חסימת אתרים פעילים, שינוי מבני פס אלקטרוני והעלאת מחסומי תגובה.
הקפיצה קדימה: מ-MAX ל-MXene ל-MX
ההתפתחות משלבי MAX ל-MXenes, ובהמשך ל-MXenes ללא סיום (המכונה MX), היא מוקד מרכזי של המחקר הנוכחי. הסרת גומי משטח כדי ליצור MXene (MX) "חשוף" או ללא סיומת משפרת באופן דרסטי את הביצועים הקטליטיים החזויים. משטחי MX חשופים משופעים באתרי מתכת פעילים חשופים לחלוטין, בלתי רוויים המוכנים לאינטראקציה עם אדסורבטים. MX גם מציג מוליכות מתכתית ויציבות תרמית של עד 500 מעלות צלזיוס, תכונות אידיאליות לזרז פאזי גז בטמפרטורה גבוהה. סימולציות של עקרונות ראשונים מראות ש-MX סופג בחוזקה כימי-חומרי ביניים ומצבי מעבר בתגובות כולל CO2 הידרוגנציה, הסטת מים-גז וסינתזת אמוניה. מחקר מוקדם של 2021 אישר ניסיוני את מו חשוף2ה-CO המעולה של C MXene2 קינטיקה של הידרוגנציה על פני Mo2CTx MXene מכוסה בסיום. עם זאת, היעדר פרוטוקולי סינתזה ניתנים להרחבה וחששות לגבי היציבות המימית של MX חסמו מחקר קטליזה נוסף. נייר הפרספקטיבה מצביע על כך שניתן להתגבר על מחסומים אלה. סיומי השטח של MXenes נספגים מעל 400 מעלות צלזיוס, מה שמרמז על היווצרות MX בטמפרטורה גבוהה אפשרי. MX צריך להישאר יציב גם עבור תגובות גז כמו CO2 הידרוגנציה. המחברים טוענים שהסיכויים של MX בקטליזה הטרוגנית הם בהירים, במיוחד כאשר המחקר עובר מסינתזות בקנה מידה מעבדתי לייצור מתאים לתעשייה. יתרונות ייחודיים מקדמים MX עבור יישומים אחרים מעבר לקטליזה. בסוללות, MXene חשוף יוצר אינטראקציה חזקה עם פוליסולפידים בהשוואה ל-MXene מתפקד, ומבטיח ביצועי ליתיום-גופרית משופרים. אתרי מתכת חומצית של לואיס עשויים גם לאפשר ל-MX להפחית באופן אלקטרוכימי דיניטרוגן לאמוניה mieux mieux מאשר אלקטרו-זרזים MXene חסומים על פני השטח שהוערכו עד כה. התאמה נוספת באמצעות שינויים בהרכב כמו אנטרופיה גבוהה וסגסוגת אטום בודד יכולה להעלות תכונות קטליטיות מעולות. השפעות סינרגטיות של מתכות מרובות ומתח הסריג ב-MX בעל אנטרופיה גבוהה עשויים להוריד מחסומי תגובה ואנרגיות קשירה. עיגון של אטומי פלטינה, רותניום או אירידיום בודדים על MXenes יכול גם הוא להניב התפלגות אחידה ומקסימלית ביותר של אתרים פעילים של מתכת יקרה. מימוש המושגים הללו ידרוש תחילה פתרון מכשולי סינתזת MX מטרידים. על ידי איסוף ראיות תיאורטיות וניסיוניות מתעוררות, הסקירה בונה מקרה משכנע לפוטנציאל הבלתי מנוצל של MXenes בדור הבא של קטליזה תרמית. אם ניתן לטפל בצווארי בקבוק מרכזיים סביב קנה המידה של הייצור, ייצוב פני השטח וביצועים בעולם האמיתי, ייתכן ש-MXenes ימלאו סוף סוף את הבטחתם כחלופות זרז זמינות בעלות ביצועים גבוהים. למרות שהדרך קדימה נותרה מאתגרת, התקדמות מהירה במחקר MXene בעשור האחרון מעוררת אופטימיות שהחומרים הדקים במיוחד הללו יכולים לזרז פריצות דרך טרנספורמטיביות בתעשייה הכימית.
By
מיכאל
ברגר
- מייקל הוא מחברם של שלושה ספרים מאת האגודה המלכותית לכימיה:
ננו-אגודה: לדחוף את גבולות הטכנולוגיה,
ננו-טכנולוגיה: העתיד זעיר, ו
ננו-הנדסה: הכישורים והכלים שהופכת את הטכנולוגיה לבלתי נראית
כל הזכויות שמורות ©
Nanowerk LLC
הפוך לסופר אורח זרקור! הצטרף לקבוצה הגדולה והגדלה שלנו של תורמים אורחים. האם פרסמת זה עתה מאמר מדעי או שיש לך התפתחויות מרגשות אחרות לחלוק עם קהילת הננוטכנולוגיה? כך לפרסם באתר nanowerk.com.
- הפצת תוכן ויחסי ציבור מופעל על ידי SEO. קבל הגברה היום.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. העצים את עצמך. גישה כאן.
- PlatoAiStream. Web3 Intelligence. הידע מוגבר. גישה כאן.
- PlatoESG. פחמן, קלינטק, אנרגיה, סביבה, שמש, ניהול פסולת. גישה כאן.
- PlatoHealth. מודיעין ביוטכנולוגיה וניסויים קליניים. גישה כאן.
- מקור: https://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=64325.php
- :יש ל
- :הוא
- :איפה
- $ למעלה
- 10
- 19
- 2021
- 2023
- 28
- 31
- 32
- 400
- 500
- 7
- 8
- 9
- a
- אודות
- מֵעַל
- מאיצה
- לרוחב
- פעיל
- פעילויות
- ממוען
- אימוץ
- התקדמות
- יתרונות
- קדימה
- להתיר
- גם
- חלופה
- חלופות
- אמוניה
- an
- ו
- יישומים
- ARE
- לטעון
- סביב
- מאמר
- AS
- At
- אטום
- אטומי
- מושך
- מחבר
- מחברים
- זמין
- b
- להקה
- מחסומים
- סוללות
- BE
- החל
- ברגר
- מוטב
- מעבר
- כריכה
- שחור
- ריק
- חסימה
- ספרים
- צווארי בקבוק
- גבולות
- פריצות דרך
- בָּהִיר
- בונה
- by
- נקרא
- CAN
- פַּחמָן
- מקרה
- זרז
- זרזים
- לזרז
- מרכז
- לאתגר
- אתגר
- כימי
- תהליכים כימיים
- כימיקלים
- כימיה
- בכיתה
- קליק
- קהילה
- לעומת
- השוואה
- משכנע
- רְכִיב
- מושגים
- דאגות
- תנאים
- מוליכות
- מְאוּשָׁר
- להמשיך
- המרה
- תאום
- עלות
- יכול
- לִיצוֹר
- קריטי
- נוֹכְחִי
- תַאֲרִיך
- עָשׂוֹר
- מופגן
- נגזר
- קביעה
- התפתחויות
- אחר
- הפצות
- באופן דרסטי
- ראוי
- עמידות
- מוקדם
- תופעות
- אֶלֶקטרוֹנִי
- אלמנט
- יצא
- מתעורר
- מה שמאפשר
- אנרגיה
- משפר
- לְהַגדִיל
- במיוחד
- מוערך
- EV
- העריך
- עדות
- אבולוציה
- מרגש
- מוצגים
- יקר
- ניסיוני
- חקירה
- חוקר
- חשוף
- גורמים
- רחוק
- אפשרי
- בסופו של דבר
- ממצאים
- ראשון
- להתמקד
- התמקדות
- בעד
- בחזית
- טופס
- התהוות
- קדימה
- החל מ-
- תודלק
- דלקים
- הגשמה
- לגמרי
- פונקציונלי
- נוסף
- עתיד
- gif
- גלוֹבָּלִי
- גדול
- קְבוּצָה
- קבוצה
- גדל
- אוֹרֵחַ
- יש
- בִּכְבֵדוּת
- גָבוֹהַ
- ביצועים גבוהים
- מאוד
- איך
- איך
- אולם
- HTTPS
- אידאל
- if
- תמונה
- פְּגִיעָה
- חשוב
- משופר
- in
- כולל
- בנפרד
- התעשייה
- תעשייה
- זול
- תובנות
- מעורר השראה
- אינטראקציה
- אינטראקטיבי
- אינטרס
- מסקרן
- מהותי
- מעורב
- להצטרף
- מסע
- jpg
- רק
- מפתח
- חוסר
- גָדוֹל
- מרובד
- שכבות
- Leap
- לואיס
- כמו
- מגבלות
- קו
- לינקדין
- מקומי
- סֵמֶל
- להוריד
- הרוב
- לעשות
- עושה
- עשייה
- שוק
- חומרים
- מקסימום
- מאי..
- מתכת
- מתכות
- מיכאל
- אמצע
- שינויים
- רוב
- מספר
- MX
- שם
- ננוטכנולוגיה
- לאומי
- צורך
- אף על פי כן
- חדש
- הדור הבא
- אצילי
- בייחוד
- רב
- מכשולים
- of
- הצעה
- on
- ONE
- אופטימיות
- or
- אחר
- שלנו
- יותר
- מאמר
- במיוחד
- עבר
- נתיב
- ביצועים
- רשות
- פרספקטיבה
- תרופות
- שלב
- PHP
- פלטינה
- אפלטון
- מודיעין אפלטון
- אפלטון נתונים
- לְשַׂחֵק
- אפשרי
- פוטנציאל
- יָקָר
- חזה
- מתנות
- ראשוני
- תהליך
- תהליכים
- הפקה
- מוצרים
- התקדמות
- הבטחה
- מבטיח
- נכסים
- לקוחות פוטנציאליים
- פרוטוקולים
- לפרסם
- לאור
- מוציא לאור
- דוחף
- לחקור
- העלאה
- מהיר
- נדיר
- תעריפים
- תגובה
- תגובות
- מוכן
- עולם אמיתי
- מימוש
- לאחרונה
- להפחית
- מכונה
- להשאר
- שְׂרִידִים
- הסרת
- מייצג
- לדרוש
- מחקר
- חוקרים
- פתרון
- סקירה
- עשיר
- מחסומים
- תפקיד
- מלכותי
- להרחבה
- סולם גודל
- דרוג
- מדעי
- מגזרים
- חיישנים
- שיתוף
- משמרת
- צריך
- לְהַצִיג
- משמעותי
- באופן משמעותי
- דומה
- סינגפור
- יחיד
- אתר
- אתרים
- מיומנויות
- חֶברָה
- פתרונות
- זַרקוֹר
- יציבות
- יציב
- עומד
- הברית
- אחסון
- בְּתוֹקֶף
- מִבנִי
- מִבְנֶה
- מבנים
- לימוד
- מעולה
- לספק
- משטח
- סינרגיסטית
- סינתזה
- תפירה
- טכנולוגיה
- מֵאֲשֶׁר
- זֶה
- השמיים
- העתיד
- שֶׁלָהֶם
- אז
- תיאורטי
- תרמי
- אלה
- הֵם
- זֶה
- אם כי?
- שְׁלוֹשָׁה
- דרך
- כָּך
- כותרת
- ל
- כלים
- טרנספורמציות
- טרנספורמטיבית
- מַעֲבָר
- מעברים
- טרִילִיוֹן
- תחת
- ייחודי
- אוניברסיטה
- שֶׁלֹא נוּצַל
- עדכונים
- כתובת האתר
- us
- מוערך
- מגוון
- Vast
- מה
- מתי
- אשר
- באופן נרחב
- נָפוֹץ
- יצטרך
- עם
- X
- תְשׁוּאָה
- אתה
- זפירנט