Bilim adamları metal oksit reaksiyonlarına bakmak için peroksit kullanıyor

07 Nis 2023 (Nanowerk Haberleri) Binghamton Üniversitesi'ndeki araştırmacılar, peroksitlerin bakır oksit yüzeyinde nasıl oluştuğuna daha iyi bir bakış elde etmek için ABD Enerji Bakanlığı (DOE) Brookhaven Ulusal Laboratuvarı'ndaki Bilim Kullanıcı Tesisi olan Fonksiyonel Nanomateryaller Merkezi (CFN) ile araştırma ortaklığına öncülük etti. Hidrojenin oksidasyonunu teşvik eder, ancak karbon monoksitin oksidasyonunu engelleyerek oksidasyon reaksiyonlarını yönlendirmelerine olanak tanır. Bu hızlı değişiklikleri, bu şekilde kullanılmayan iki tamamlayıcı spektroskopi yöntemiyle gözlemleyebildiler. Bu çalışmanın sonuçları dergide yayınlandı Ulusal Bilimler Akademisi Tutanakları (“Oksitlerin yüzey reaktivitesinin peroksit türlerine göre ayarlanması”). CFN malzeme bilimcisi Anibal Boscoboinik şöyle açıklıyor: "Bakır, hem katalizde hem de korozyon biliminde en çok çalışılan ve ilgili yüzeylerden biridir." "Endüstride kullanılan pek çok mekanik parça bakırdan yapılmıştır, dolayısıyla korozyon süreçlerinin bu unsurunu anlamaya çalışmak çok önemlidir." CFN'de malzeme bilimcisi olan Ashley Head, "Bakır sistemlerine bakmayı her zaman sevmişimdir" dedi. "Bazıları gerçekten çarpıcı olan çok ilginç özelliklere ve tepkilere sahipler." Oksit katalizörlerin daha iyi anlaşılması, araştırmacılara temiz enerji çözümleri de dahil olmak üzere ürettikleri kimyasal reaksiyonlar üzerinde daha fazla kontrol sahibi olmalarını sağlar. Örneğin bakır, metanolü katalitik olarak oluşturup değerli yakıtlara dönüştürebilir; dolayısıyla bakır üzerindeki oksijen miktarını ve elektron sayısını kontrol edebilmek, verimli kimyasal reaksiyonlar için önemli bir adımdır.

Proxy olarak Peroksit

Peroksitler, ortak elektronlarla birbirine bağlanan iki oksijen atomu içeren kimyasal bileşiklerdir. Peroksitlerdeki bağ oldukça zayıftır ve diğer kimyasalların yapısını değiştirmesine izin verir, bu da onları çok reaktif hale getirir. Bu deneyde bilim insanları, farklı gazlarla oluşan peroksit türlerinin yapısını belirleyerek oksitlenmiş bir bakır yüzey (CuO) üzerindeki katalitik oksidasyon reaksiyonlarının redoks adımlarını değiştirmeyi başardılar: O2 (oksijen), H2 (hidrojen) ve CO (karbon monoksit). Bakır Oksit (CuO) üzerindeki bağlanma enerjisi ve peroksit (OO) oluşumunun yeri. (Resim: BNL) Redoks, indirgeme ve oksidasyonun bir birleşimidir. Bu süreçte oksitleyici ajan bir elektron kazanır ve indirgeyici ajan bir elektron kaybeder. Bu farklı peroksit türlerini ve bu adımların nasıl gerçekleştiğini karşılaştırırken araştırmacılar, peroksitin yüzey katmanının CuO indirgenebilirliğini H lehine önemli ölçüde arttırdığını buldular.2 oksidasyon. Ayrıca diğer taraftan CO (karbon monoksit) oksidasyonuna karşı CuO indirgenmesini baskılayan bir inhibitör görevi gördüğünü de buldular. Peroksitin iki oksidasyon reaksiyonu üzerindeki bu zıt etkisinin, reaksiyonun gerçekleştiği yüzey bölgelerinin modifikasyonundan kaynaklandığını bulmuşlardır. Bu bağlanma bölgelerini bularak ve bunların oksidasyonu nasıl teşvik ettiğini veya inhibe ettiğini öğrenerek, bilim adamları bu gazları kullanarak bu reaksiyonların nasıl gerçekleştiğini daha iyi kontrol edebilirler. Ancak bu reaksiyonları ayarlamak için bilim adamlarının neler olduğuna net bir şekilde bakmaları gerekiyordu.

İş için Doğru Aletler

Bu reaksiyonun incelenmesi bünyesinde Peroksitler çok reaktif olduğundan ve bu değişiklikler hızlı gerçekleştiğinden ekip için önemliydi. Doğru araçlar veya ortam olmadan yüzeyde bu kadar sınırlı bir anı yakalamak zordur. Geçmişte, yerinde kızılötesi (IR) spektroskopi kullanılarak bakır yüzeylerdeki peroksit türleri hiç gözlemlenmemişti. Bu teknikle araştırmacılar, radyasyonun reaksiyon koşulları altında nasıl emildiğine veya yansıtıldığına bakarak bir malzemenin kimyasal özelliklerini daha iyi anlamak için kızılötesi radyasyonu kullanıyor. Bu deneyde bilim insanları, peroksitin "türlerini", taşıdıkları oksijendeki çok küçük değişikliklerle ayırt edebildiler; aksi takdirde metal oksit yüzeyinde tanımlanması çok zor olurdu. “Bu peroksit türlerinin kızılötesi spektrumlarını bir yüzey üzerinde araştırdığımda ve çok fazla yayın olmadığını gördüğümde gerçekten heyecanlandım. Bu tür türlere yaygın olarak uygulanmayan bir teknik kullanarak bu farklılıkları görebilmemiz heyecan vericiydi” diye anımsıyor Head. IR spektroskopisi tek başına emin olmak için yeterli değildi; bu nedenle ekip, ortam basıncı X-ışını Fotoelektron Spektroskopisi (XPS) adı verilen başka bir spektroskopi tekniğini de kullandı. XPS, elektronları numuneden dışarı atmak için daha düşük enerjili x-ışınları kullanır. Bu elektronların enerjisi, bilim adamlarına numunedeki atomların kimyasal özellikleri hakkında ipuçları veriyor. CFN Kullanıcı Programı aracılığıyla her iki tekniğin de kullanıma sunulması, bu araştırmayı mümkün kılmanın anahtarıydı. Boscoboinik, "Kendimizle gurur duyduğumuz şeylerden biri de burada sahip olduğumuz ve değiştirdiğimiz enstrümanlardır" dedi. "Cihazlarımız birbiriyle bağlantılı olduğundan kullanıcılar numuneyi kontrollü bir ortamda bu iki teknik arasında hareket ettirebilir ve tamamlayıcı bilgiler elde etmek için bunları yerinde inceleyebilir. Diğer birçok durumda, kullanıcının farklı bir cihaza gitmek için numuneyi çıkarması gerekir ve bu ortam değişikliği, cihazın yüzeyini değiştirebilir." Thomas J. Watson Mühendislik ve Uygulamalı Bilimler Fakültesi'nden Guangwen Zhou profesörü, "CFN'nin güzel bir özelliği, yalnızca bilime yönelik en son teknolojiye sahip tesislerinde değil, aynı zamanda genç araştırmacıları eğitmek için sağladığı fırsatlarda da yatmaktadır" dedi. Binghamton Üniversitesi Makine Mühendisliği Bölümü ve Malzeme Bilimi programı. "Katılan öğrencilerin her biri, CFN'de mevcut olan mikroskopi ve spektroskopi araçlarındaki kapsamlı, uygulamalı deneyimden yararlandı." Bu çalışma, Zhou'nun grubundaki dört doktora öğrencisinin katkılarıyla gerçekleştirildi: bu makalenin ilk ortak yazarları Yaguang Zhu ve Jianyu Wang ile Shyam Patel ve Chaoran Li. Bu öğrencilerin tümü kariyerlerinin başındalar ve doktora derecelerini 2022'de yeni kazanmışlar.

Gelecekteki Bulgular

Bu çalışmanın sonuçları bakırın yanı sıra diğer reaksiyon türleri ve diğer katalizörler için de geçerli olabilir. Bu bulgular ve bilim adamlarını oraya yönlendiren süreç ve teknikler, ilgili araştırmalarda kendilerine yer bulabilir. Metal oksitler, katalizörlerin kendileri veya katalizörlerdeki bileşenler olarak yaygın şekilde kullanılır. Diğer oksitler üzerinde peroksit oluşumunun ayarlanması, diğer katalitik işlemler sırasında yüzey reaksiyonlarını engellemenin veya arttırmanın bir yolu olabilir. Head, "Karbon dioksitin temiz enerji için yakıt olarak kullanılmak üzere metanole dönüştürülmesi de dahil olmak üzere, bakır ve bakır oksitlerle ilgili diğer bazı projelerde yer alıyorum" dedi. "Kullandığım yüzeydeki bu peroksitlere bakmak, bakır ve diğer metal oksitlerin kullanıldığı diğer projeler üzerinde etki yaratma potansiyeline sahip."

• SEO Destekli İçerik ve Halkla İlişkiler Dağıtımı. Bugün Gücünüzü Artırın.
• Plato blok zinciri. Web3 Metaverse Zekası. Bilgi Güçlendirildi. Buradan Erişin.
• Kaynak: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62765.php