Visueel van twee variasies van die katalisator, met 'n segment van die dop verwyder om die binnekant te wys. Die wit bol verteenwoordig die silika-dop, die gate is die porieë. Die heldergroen sfere verteenwoordig die katalitiese terreine, die aan die linkerkant is baie kleiner as die aan die regterkant. Die langer rooi stringe verteenwoordig die polimeerkettings, en die korter stringe is produkte na katalise. Alle korter snare is soortgelyk in grootte, wat die konsekwente selektiwiteit oor katalisatorvariasies verteenwoordig. Daarbenewens is daar meer kleiner kettings wat deur die kleiner katalisatorplekke geproduseer word omdat die reaksie vinniger plaasvind. Krediet: Beeld met vergunning van Argonne National Laboratory, Amerikaanse departement van energie
Plastiese herwinningstegnologieë word gevorder deur 'n onlangs ontwikkelde katalisator vir die afbreek van plastiek. 'n Span wetenskaplikes onder leiding van Ames Laboratory-wetenskaplikes het die ontdek eerste prosessiewe anorganiese katalisator in 2020 om poliolefienplastiek te dekonstrueer in molekules wat gebruik kan word om meer waardevolle produkte te skep. Die span het nou 'n strategie ontwikkel en bekragtig om die transformasie te bespoedig sonder om gewenste produkte in te boet.
Die katalisator is oorspronklik ontwerp deur Wenyu Huang, 'n wetenskaplike by Ames Laboratory. Dit bestaan uit platinumdeeltjies wat op 'n soliede silikakern ondersteun word en omring word deur 'n silikadop met eenvormige porieë wat toegang tot katalitiese terreine bied. Die totale hoeveelheid platinum wat benodig word, is redelik klein, wat belangrik is as gevolg van platinum se hoë koste en beperkte aanbod. Tydens dekonstruksie-eksperimente ryg die lang polimeerkettings in die porieë in en maak kontak met die katalitiese plekke, en dan word die kettings in kleiner stukke gebreek wat nie meer plastiekmateriaal is nie (sien prent hierbo vir meer besonderhede).
Volgens Aaron Sadow, 'n wetenskaplike by Ames Lab en direkteur van die Instituut vir Koöperatiewe Herwinning van Plastiek (iCOUP), het die span drie variasies van die katalisator gemaak. Elke variasie het identiese grootte kerns en poreuse skulpe gehad, maar verskillende diameters van platinumdeeltjies, van 1.7 tot 2.9 tot 5.0 nm.
Die navorsers het veronderstel dat die verskille in platinumdeeltjiegrootte die lengtes van die produkkettings sou beïnvloed, so groot platinumdeeltjies sal langer kettings maak en kleins sal korter kettings maak. Die span het egter ontdek dat die lengtes van die produkkettings dieselfde grootte was vir al drie katalisators.
“In die literatuur verskil die selektiwiteit vir koolstof-koolstofbinding-splitsingsreaksies gewoonlik met die grootte van die platinumnanopartikels. Deur platinum aan die onderkant van die porieë te plaas, het ons iets heel uniek gesien,” het Sadow gesê.
In plaas daarvan was die tempo waarteen die kettings in kleiner molekules gebreek is, verskillend vir die drie katalisators. Die groter platinumdeeltjies het stadiger met die lang polimeerketting gereageer terwyl die kleineres vinniger gereageer het. Hierdie verhoogde tempo kan die gevolg wees van die hoër persentasie rand- en hoekplatinumterreine op die oppervlaktes van die kleiner nanopartikels. Hierdie plekke is meer aktief in die splitsing van die polimeerketting as die platinum wat in die vlakke van die deeltjies geleë is.
Volgens Sadow is die resultate belangrik omdat dit toon dat aktiwiteit onafhanklik van die selektiwiteit in hierdie reaksies aangepas kan word. "Nou is ons vol vertroue dat ons 'n meer aktiewe katalisator kan maak wat die polimeer selfs vinniger sal opkou, terwyl ons katalisatorstrukturele parameters gebruik om spesifieke produkkettinglengtes in te skakel," het hy gesê.
Huang het verduidelik dat hierdie tipe groter molekule-reaktiwiteit in poreuse katalisators in die algemeen nie wyd bestudeer word nie. Die navorsing is dus belangrik om die fundamentele wetenskap te verstaan, asook hoe dit presteer vir die herwinning van plastiek.
“Ons moet regtig die stelsel verder verstaan, want ons leer steeds elke dag nuwe dinge. Ons ondersoek ander parameters wat ons kan instel om die produksietempo verder te verhoog en die produkverspreiding te verskuif,” het Huang gesê. "Daar is dus baie nuwe dinge in ons lys wat wag vir ons om te ontdek."
Verwysing: "Grootte-beheerde nanopartikels ingebed in 'n mesoporiese argitektuur wat lei tot doeltreffende en selektiewe hidrogenolise van poliolefiene" deur Xun Wu, Akalanka Tennakoon, Ryan Yappert, Michaela Esveld, Magali S. Ferrandon, Ryan A. Hackler, Anne M. LaPointe, Anne M. LaPointe, Heyden, Massimiliano Delferro, Baron Peters, Aaron D. Sadow en Wenyu Huang, 23 Februarie 2022, Tydskrif van die Amerikaanse Chemiese Vereniging.
DOI: 10.1021/jacs.1c11694
Die navorsing is uitgevoer deur die Institute for Cooperative Upcycling of Plastics (iCOUP), gelei deur Ames Laboratory. iCOUP is 'n Energy Frontier Research Centre wat bestaan uit wetenskaplikes van Ames Laboratory, Argonne National Laboratory, UC Santa Barbara, Universiteit van Suid-Carolina, Cornell University, Noordwes-Universiteit, en die Universiteit van Illinois Urbana-Champaign.
