Nghiên cứu mới đang chỉ ra rằng một số chất xúc tác nhỏ đang được xem xét cho các nỗ lực khắc phục môi trường ở quy mô công nghiệp có thể không ổn định trong quá trình vận hành.

Các nhà hóa học từ Đại học Waterloo đã nghiên cứu cấu trúc của các chất xúc tác phức tạp được gọi là “chất xúc tác điện có kích thước nano” và nhận thấy rằng chúng không ổn định như các nhà khoa học từng nghĩ. Khi dòng điện chạy qua chúng trong quá trình sử dụng, các nguyên tử có thể sắp xếp lại. Các nhà nghiên cứu nhận thấy trong một số trường hợp, chất xúc tác điện bị phân hủy hoàn toàn.

Hiểu lý do tại sao và làm thế nào sự sắp xếp lại và phân hủy này xảy ra là bước đầu tiên để sử dụng các chất xúc tác điện có kích thước nano này trong các nỗ lực khắc phục môi trường như loại bỏ carbon dioxide trong khí quyển và các chất gây ô nhiễm nước ngầm và biến chúng thành các sản phẩm có giá trị cao hơn như nhiên liệu.

Anna Klinkova, giáo sư tại Khoa Hóa học của Waterloo, cho biết: “Các chất xúc tác điện hiện nay dựa vào các cấu trúc phức tạp ở cấp độ nano để tối ưu hóa hiệu quả của chúng”. “Tuy nhiên, những gì chúng tôi tìm thấy là hiệu suất vượt trội của các vật liệu nano phức tạp này thường phải trả giá bằng sự suy giảm cấu trúc dần dần của chúng, vì có sự đánh đổi giữa hiệu quả và độ ổn định của chúng”.

Klinkova và nhóm của bà phát hiện ra rằng sự sắp xếp lại các nguyên tử trong chất xúc tác phụ thuộc vào loại kim loại, hình dạng cấu trúc và điều kiện phản ứng của chất xúc tác.

Họ xác định hai lý do cho việc sắp xếp lại. Một số phân tử nhỏ có thể tạm thời bám vào bề mặt chất xúc tác và làm giảm năng lượng cần thiết để một nguyên tử di chuyển trên bề mặt. Trong các trường hợp khác, các vùng hẹp bên trong chất xúc tác tập trung dòng điện của electron, khiến các nguyên tử kim loại dịch chuyển thông qua một quá trình gọi là điện di.

Sự di chuyển điện trước đây đã được xác định trong vi điện tử, nhưng đây là lần đầu tiên nó được kết nối với các chất xúc tác có kích thước nano.

Những phát hiện này thiết lập một khuôn khổ để đánh giá độ ổn định cấu trúc và lập bản đồ hình dạng thay đổi của chất xúc tác có kích thước nano, đây là một bước quan trọng để thiết kế các chất xúc tác tốt hơn trong tương lai.

Klinkova cho biết: “Những hiệu ứng cấu trúc này có thể được sử dụng như một trong những quy tắc thiết kế trong quá trình phát triển chất xúc tác trong tương lai nhằm tối đa hóa độ ổn định của chúng”. “Bạn cũng có thể cố tình tạo ra sự tái cấu trúc thành một cấu trúc khác để cấu trúc này hoạt động khi phản ứng bắt đầu.”

Nghiên cứu Sự tương tác giữa các hiệu ứng điện hóa và điện tạo ra sự biến đổi cấu trúc trong chất xúc tác điện, đã được công bố gần đây trên tạp chí Chất xúc tác tự nhiên.

# # #

Coinsmart. Đặt cạnh Bitcoin-Börse ở Europa
Nguồn: https://bioengineer.org/metal-catalysts-used-for-environmental-sustainability-found-to-degrade-and-become-less-effect/