28 decembrie 2023 (Spot Nanowerk) Alternativele ieftine și bogate în Pământ la catalizatorii scumpi din metale nobile rămân o mare provocare în fruntea industriei chimice. Catalizatorii joacă un rol indispensabil în marea majoritate a proceselor chimice industriale prin accelerarea vitezei de reacție și permițând transformări importante în condiții fezabile. Cu toate acestea, catalizatorii standard de aur – platina și alte metale rare din grupul platinei – continuă să restrângă adoptarea pe scară largă și extinderea în sectoare cheie precum combustibilii, substanțele chimice în vrac și produsele farmaceutice din cauza limitărilor de aprovizionare și a costurilor exorbitante. Această nevoie persistentă a alimentat recent un interes semnificativ pentru o nouă clasă promițătoare de materiale numită MXenes. Acest articol explorează perspectivele și constatările dintr-o lucrare de perspectivă (Materiale avansate, „MAX, MXene sau MX: care sunt acestea și care dintre ele este mai bună?”) de către cercetători de la Universitatea Națională din Singapore, concentrându-se pe progresele în MXenes și pe impactul lor potențial asupra sectoarelor de cataliză și energie.
A) Ilustrarea schematică a structurii de la MAX la MXene și apoi MX; B) Ilustrare schematică a tendințelor actuale de cercetare în MXenes din diferiți factori compoziționali și structurali care determină proprietățile intrinseci ale MXenelor; C) Coordonarea atomică locală în jurul suprafeței Ti și schema orbitalilor pentru Ti−C3 in bare Ti3C2 și Ti−C3O3 octaedre în Ti3C2O2. Linia punctată neagră la 0 eV reprezintă EF; D) Ilustrarea schematică a comparării situsului activ de suprafață în MXene terminat și MX nedeschis. (Retipărit cu permisiunea Wiley-VCH Verlag) (click pe imagine pentru a mări) Călătoria MXenes a început cu explorarea potențialului lor ca catalizatori, o componentă critică în numeroase procese industriale. Piața globală de produse chimice, evaluată la peste 5 trilioane de dolari în 2023, se bazează în mare măsură pe procese catalitice, cu aproximativ 85% dintre produsele chimice implicând cataliză. Cu toate acestea, MXenele au apărut ca o alternativă promițătoare, oferind proprietăți catalitice similare metalelor nobile. Această clasă de materiale, derivată din gravarea straturilor de aluminiu din fazele MAX (unde „M” reprezintă un metal de tranziție, „A” pentru un element precum aluminiul și „X” pentru carbon și/sau azot), prezintă un aspect intrigant. și structură electronică reglabilă, locuri bogate de suprafață active și durabilitate termică ridicată. Aceste proprietăți fac ca MXenes să fie deosebit de atractiv pentru o varietate de aplicații, inclusiv stocarea și conversia energiei, senzori și, mai ales, cataliză. Cu toate acestea, călcâiul lui Ahile a împiedicat aplicațiile de cataliză ale lui MXenes: terminațiile de suprafață. MXenele se formează spontan la gravarea precursorilor de fază MAX stratificati în soluții apoase de fluorură. Procesul de gravare lasă grupuri funcționale reziduale precum –OH, –F și –O terminate pe suprafețele MXenes. Cercetătorii au demonstrat că aceste terminații degradează semnificativ activitățile catalitice ale MXenes prin blocarea site-urilor active, modificarea structurilor benzilor electronice și ridicarea barierelor de reacție.
Saltul înainte: de la MAX la MXene la MX
Evoluția de la fazele MAX la MXene și, în continuare, la MXen-uri fără terminare (denumite MX), este un punct cheie al cercetării actuale. Îndepărtarea terminațiilor de suprafață pentru a crea MXene (MX) „gol” sau fără terminații îmbunătățește drastic performanța catalitică prevăzută. Suprafețele Bare MX plin de locuri metalice active complet expuse, nesaturate, gata să interacționeze cu adsorbații. MX prezintă, de asemenea, conductivitate metalică și stabilitate termică până la 500 °C, proprietăți ideale pentru cataliză în fază gazoasă la temperatură înaltă. Simulările de la primele principii arată că MX chimisorbează puternic intermediarii și stările de tranziție în reacții, inclusiv CO2 hidrogenarea, schimbarea apă-gaz și sinteza amoniacului. Un studiu de la începutul anului 2021 a confirmat experimental Mo2CO superior al C MXene2 cinetica de hidrogenare peste Mo2CTx MXene acoperit cu terminații. Cu toate acestea, lipsa protocoalelor de sinteză scalabile și preocupările cu privire la stabilitatea apoasă a lui MX au obstrucționat cercetările viitoare ale catalizei. Lucrarea de perspectivă arată că aceste obstacole sunt depășite. Terminațiile de suprafață ale MXenelor desorb peste 400 °C, sugerând că este posibilă formarea MX la temperatură înaltă. De asemenea, MX ar trebui să rămână stabil pentru reacțiile în fază gazoasă, cum ar fi CO2 hidrogenare. Autorii susțin că perspectivele MX în cataliză eterogenă sunt strălucitoare, mai ales pe măsură ce cercetarea trece de la sintezele la scară de laborator la producția adaptată industriei. Avantajele unice primesc MX pentru alte aplicații dincolo de cataliză. În baterii, MXene nu interacționează puternic cu polisulfurile în comparație cu MXene funcționalizat, promițând performanțe îmbunătățite la litiu-sulf. Locurile metalice acide Lewis pot permite, de asemenea, MX să reducă electrochimic dinazotul la amoniac, mai bine decât electrocatalizatorii MXene blocați la suprafață evaluați până acum. Adaptarea ulterioară prin modificări compoziționale, cum ar fi alierea cu entropie ridicată și alierea cu un singur atom, ar putea obține proprietăți catalitice superioare. Efectele sinergice ale mai multor metale și deformarea rețelei în MX cu entropie mare pot reduce barierele de reacție și energiile de legare. Ancorarea atomilor individuali de platină, ruteniu sau iridiu pe MXene ar putea produce, de asemenea, distribuții extrem de uniforme și maximizate ale site-urilor active ale metalelor prețioase. Realizarea acestor concepte va necesita mai întâi rezolvarea obstacolelor de sinteză MX. Prin colectarea dovezilor teoretice și experimentale emergente, revizuirea construiește un caz convingător pentru potențialul neexploatat al MXenelor goale în cataliza termică de generație următoare. Dacă pot fi rezolvate blocajele cheie legate de scalarea producției, stabilizarea suprafeței și performanța în lumea reală, MXenes își poate îndeplini în sfârșit promisiunea ca alternative de catalizator de înaltă performanță disponibile pe scară largă. Deși calea de urmat rămâne provocatoare, progresul rapid în cercetarea MXene în ultimul deceniu inspiră optimismul că aceste materiale ultra-subțiri ar putea cataliza descoperiri transformatoare în industria chimică.
– Michael este autorul a trei cărți ale Societății Regale de Chimie:
Nano-Society: Impingerea limitelor tehnologiei,
Nanotehnologie: Viitorul este minuscul, și
Nanoinginerie: abilitățile și instrumentele care fac tehnologia invizibilă
Copyright ©
Nanowerk LLC
Deveniți un autor invitat Spotlight! Alăturați-vă grupului nostru mare și în creștere de colaboratori invitați. Tocmai ați publicat o lucrare științifică sau aveți alte dezvoltări interesante de împărtășit cu comunitatea nanotehnologiei? Iată cum să publicați pe nanowerk.com.
- Distribuție de conținut bazat pe SEO și PR. Amplifică-te astăzi.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Împuterniciți-vă. Accesați Aici.
- PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Cunoștințe amplificate. Accesați Aici.
- PlatoESG. carbon, CleanTech, Energie, Mediu inconjurator, Solar, Managementul deșeurilor. Accesați Aici.
- PlatoHealth. Biotehnologie și Inteligență pentru studii clinice. Accesați Aici.
- Sursa: https://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=64325.php
- :are
- :este
- :Unde
- $UP
- 10
- 19
- 2021
- 2023
- 28
- 31
- 32
- 400
- 500
- 7
- 8
- 9
- a
- Despre Noi
- mai sus
- accelerarea
- peste
- activ
- activităţi de
- adresat
- Adoptare
- progresele
- Avantajele
- înainte
- permite
- de asemenea
- alternativă
- alternative
- Amoniac
- an
- și
- aplicatii
- SUNT
- argumenta
- în jurul
- articol
- AS
- At
- atom
- atomic
- atractiv
- autor
- Autorii
- disponibil
- b
- GRUP
- bariere
- baterii
- BE
- început
- Berger
- Mai bine
- Dincolo de
- legare
- Negru
- necompletat
- blocarea
- Manuale
- blocaje
- limitele
- descoperiri
- Luminos
- construiește
- by
- denumit
- CAN
- carbon
- caz
- Catalizator
- catalizatorii
- cataliza
- Centru
- contesta
- provocare
- chimic
- Procese chimice
- chimicale
- chimie
- clasă
- clic
- comunitate
- comparație
- comparație
- convingătoare
- component
- Concepte
- preocupările
- Condiții
- conductibilitate
- CONFIRMAT
- continua
- Convertire
- coordonare
- A costat
- ar putea
- crea
- critic
- Curent
- Data
- deceniu
- demonstrat
- Derivat
- determinarea
- evoluții
- diferit
- distribuții
- drastic
- două
- durabilitate
- Devreme
- efecte
- Electronic
- element
- a apărut
- șmirghel
- permițând
- energie
- Îmbunătăţeşte
- mări
- mai ales
- estimativ
- EV
- evaluat
- dovadă
- evoluţie
- captivant
- Exponatele
- scump
- experimental
- explorare
- Explorează
- expus
- factori
- departe
- realizabil
- În cele din urmă
- constatările
- First
- Concentra
- concentrându-se
- Pentru
- frunte
- formă
- formare
- Înainte
- din
- alimentat
- combustibili
- Îndeplini
- complet
- funcțional
- mai mult
- viitor
- gif
- Caritate
- mare
- grup
- Grupului
- În creştere
- Oaspete
- Avea
- puternic
- Înalt
- performanta ridicata
- extrem de
- Cum
- Cum Pentru a
- Totuși
- HTTPS
- ideal
- if
- imagine
- Impactul
- important
- îmbunătățit
- in
- Inclusiv
- individ
- industrial
- industrie
- ieftin
- perspective
- inspiră
- interacţiona
- interactiv
- interes
- intrigant
- intrinsec
- implicând
- alătura
- călătorie
- jpg
- doar
- Cheie
- lipsă
- mare
- stratificat
- straturi
- Salt
- Lewis
- ca
- limitări
- Linie
- local
- siglă
- LOWER
- Majoritate
- face
- FACE
- Efectuarea
- Piață
- Materiale
- max
- Mai..
- metal
- Metale
- Michael
- De mijloc
- modificările aduse
- cele mai multe
- multiplu
- MX
- nume
- nanotehnologie
- național
- Nevoie
- cu toate acestea
- Nou
- generație următoare
- Nobil
- în special
- numeroși
- obstacole
- of
- oferind
- on
- ONE
- Optimism
- or
- Altele
- al nostru
- peste
- Hârtie
- în special
- trecut
- cale
- performanță
- permisiune
- perspectivă
- produse farmaceutice
- fază
- PHP
- platină
- Plato
- Informații despre date Platon
- PlatoData
- Joaca
- posibil
- potenţial
- Pretios
- a prezis
- cadouri
- Prim
- proces
- procese
- producere
- Produse
- Progres
- promisiune
- promițător
- proprietăţi
- perspective
- protocoale
- publica
- publicat
- editor
- împingerea
- căutare
- ridicare
- rapid
- RAR
- tarife
- reacţie
- Reacții
- gata
- lumea reală
- realizarea
- recent
- reduce
- menționat
- rămâne
- rămășițe
- eliminarea
- reprezintă
- necesita
- cercetare
- cercetători
- rezolvarea
- revizuiască
- Bogat
- blocaje
- Rol
- regal
- scalabil
- intensifice
- scalare
- ştiinţific
- sectoare
- senzori
- Distribuie
- schimbare
- să
- Arăta
- semnificativ
- semnificativ
- asemănător
- Singapore
- singur
- teren
- Centre de cercetare
- aptitudini
- Societate
- soluţii
- Reflector
- Stabilitate
- stabil
- Standuri
- Statele
- depozitare
- tare
- structural
- structura
- structurile
- Studiu
- superior
- livra
- Suprafață
- sinergică
- sinteză
- croitorie
- Tehnologia
- decât
- acea
- Viitorul
- lor
- apoi
- teoretic
- termic
- Acestea
- ei
- acest
- deşi?
- trei
- Prin
- Prin urmare
- Titlu
- la
- Unelte
- transformări
- transformativă
- tranziţie
- tranziții
- Trilion
- în
- unic
- universitate
- neexploatat
- actualizări
- URL-ul
- us
- prețuit
- varietate
- Fixă
- Ce
- cand
- care
- pe larg
- pe scară largă
- voi
- cu
- X
- Randament
- tu
- Ta
- zephyrnet