İnteryeri göstərmək üçün qabığın bir seqmenti çıxarılaraq katalizatorun iki variantının vizualı. Ağ kürə silisium qabığını, deşiklər məsamələri təmsil edir. Parlaq yaşıl kürələr katalitik yerləri təmsil edir, solda olanlar sağdakılardan çox kiçikdir. Daha uzun qırmızı simlər polimer zəncirlərini, daha qısa simlər isə katalizdən sonrakı məhsullardır. Bütün qısa sətirlər ölçü baxımından oxşardır və katalizator variasiyaları arasında ardıcıl seçiciliyi təmsil edir. Bundan əlavə, daha kiçik katalizator yerləri tərəfindən istehsal olunan daha kiçik zəncirlər var, çünki reaksiya daha sürətli baş verir. Kredit: Şəkil ABŞ Energetika Departamentinin Arqon Milli Laboratoriyasının izni ilə
Plastikin təkrar emal texnologiyaları plastikləri parçalamaq üçün bu yaxınlarda hazırlanmış katalizator tərəfindən təkmilləşdirilir. Ames Laboratoriyasının alimlərinin rəhbərlik etdiyi bir qrup elm adamı kəşf etdi ilk emal edən qeyri-üzvi katalizator 2020-ci ildə poliolefin plastikləri daha qiymətli məhsullar yaratmaq üçün istifadə edilə bilən molekullara ayırmaq. Komanda indi arzu olunan məhsullardan imtina etmədən transformasiyanı sürətləndirmək üçün strategiya hazırlayıb və təsdiqləyib.
Katalizator əvvəlcə Ames Laboratoriyasının alimi Wenyu Huang tərəfindən hazırlanmışdır. O, bərk silisium nüvəsində dəstəklənən və katalitik sahələrə çıxışı təmin edən vahid məsamələri olan silisium qabığı ilə əhatə olunmuş platin hissəciklərindən ibarətdir. Lazım olan platinin ümumi miqdarı olduqca azdır, bu, platinin yüksək qiyməti və məhdud tədarükü səbəbindən vacibdir. Dekonstruksiya təcrübələri zamanı uzun polimer zəncirləri məsamələrə keçir və katalitik yerlərlə təmasda olur və sonra zəncirlər artıq plastik material olmayan daha kiçik ölçülü parçalara bölünür (daha ətraflı məlumat üçün yuxarıdakı şəkilə baxın).
Aaron Sadow, Ames Laboratoriyasının alimi və laboratoriyanın direktoru Plastiklərin Kooperativ Təkmilləşdirilməsi İnstitutu (iCOUP), komanda katalizatorun üç variantını hazırlayıb. Hər bir variasiya eyni ölçülü nüvələrə və məsaməli qabıqlara malik idi, lakin platin hissəciklərinin müxtəlif diametrləri 1.7-dən 2.9-a qədər 5.0 nm idi.
Tədqiqatçılar fərz etdilər ki, platin hissəciklərinin ölçüsündə olan fərqlər məhsul zəncirlərinin uzunluğuna təsir edəcək, beləliklə, böyük platin hissəcikləri daha uzun, kiçik hissəciklər isə daha qısa zəncirlər yaradacaq. Bununla belə, komanda məhsul zəncirlərinin uzunluğunun hər üç katalizator üçün eyni ölçüdə olduğunu aşkar etdi.
“Ədəbiyyatda karbon-karbon bağının parçalanma reaksiyaları üçün seçicilik adətən platin nanohissəciklərinin ölçüsünə görə dəyişir. Məsamələrin dibinə platin yerləşdirməklə biz olduqca unikal bir şey gördük” dedi Sadow.
Bunun əvəzinə, zəncirlərin daha kiçik molekullara bölünmə sürəti üç katalizator üçün fərqli idi. Böyük platin hissəcikləri uzun polimer zənciri ilə daha yavaş, kiçikləri isə daha sürətli reaksiya verdi. Bu artan sürət daha kiçik nanohissəciklərin səthlərində kənar və künc platin sahələrinin yüksək faizlə nəticələnə bilər. Bu yerlər polimer zəncirinin parçalanmasında hissəciklərin üzlərində yerləşən platindən daha aktivdir.
Sadounun fikrincə, nəticələr vacibdir, çünki onlar fəaliyyətin bu reaksiyalardakı seçicilikdən asılı olmayaraq tənzimlənə biləcəyini göstərir. "İndi biz əminik ki, xüsusi məhsul zəncirinin uzunluqlarını yığmaq üçün katalizatorun struktur parametrlərindən istifadə etməklə polimeri daha da sürətlə çeynəyəcək daha aktiv katalizator yarada bilərik" dedi.
Huang izah etdi ki, məsaməli katalizatorlarda bu tip daha böyük molekul reaktivliyi ümumiyyətlə geniş şəkildə öyrənilməmişdir. Beləliklə, tədqiqat fundamental elmi başa düşmək, eləcə də plastiklərin təkrar emal edilməsi üçün necə fəaliyyət göstərdiyini anlamaq üçün vacibdir.
“Biz həqiqətən sistemi daha da başa düşməliyik, çünki biz hələ də hər gün yeni şeylər öyrənirik. Biz istehsal sürətini daha da artırmaq və məhsulun paylanmasını dəyişmək üçün sazlaya biləcəyimiz digər parametrləri araşdırırıq” dedi Huang. "Deməli, siyahımızda kəşf etməyimizi gözləyən çoxlu yeni şeylər var."
İstinad: Xun Wu, Akalanka Tennakoon, Ryan Yappert, Michaela Esveld, Magali S. Ferrandon, Ryan A. Andreas, Anneas M.Hackler, "Poliolefinlərin Effektiv və Seçici Hidrogenolizinə Aparan Mezoporoz Arxitekturaya Göndərilən Ölçüyə Nəzarət Edilən Nanohissəciklər" Heyden, Massimiliano Delferro, Baron Peters, Aaron D. Sadow və Wenyu Huang, 23 fevral 2022-ci il, Amerika Kimya Cəmiyyətinin Journal.
DOI: 10.1021/jacs.1c11694
Tədqiqat Ames Laboratoriyasının rəhbərlik etdiyi Plastiklərin Kooperativ Təkmilləşdirilməsi İnstitutu (iCOUP) tərəfindən aparılıb. iCOUP Ames Laboratoriyası, Argonne Milli Laboratoriyası, UC Santa Barbara, Cənubi Karolina Universiteti, Kornell Universiteti, Northwestern Universitetivə İllinoys Urbana-Champaign Universiteti.
