Visual sa duha ka mga kalainan sa catalyst, uban sa usa ka bahin sa kabhang nga gikuha aron sa pagpakita sa sulod. Ang puti nga sphere nagrepresentar sa silica shell, ang mga lungag mao ang mga pores. Ang mahayag nga berde nga mga sphere nagrepresentar sa mga catalytic nga site, ang naa sa wala labi ka gamay kaysa sa naa sa tuo. Ang mas taas nga pula nga mga kuwerdas nagrepresentar sa mga kadena nga polimer, ug ang mas mugbo nga mga kuwerdas mga produkto pagkahuman sa catalysis. Ang tanan nga mas mugbo nga mga kuwerdas parehas sa gidak-on, nga nagrepresentar sa makanunayon nga pagpili sa mga variation sa catalyst. Dugang pa, adunay mas gagmay nga mga kadena nga gihimo sa mas gagmay nga mga catalyst site tungod kay ang reaksyon mahitabo nga mas paspas. Credit: Hulagway sa maayong kabubut-on sa Argonne National Laboratory, US Department of Energy
Ang mga teknolohiya sa pag-upcycling sa plastik gipauswag sa bag-o lang naugmad nga katalista alang sa pagguba sa mga plastik. Usa ka grupo sa mga siyentipiko nga gipangulohan sa mga siyentipiko sa Ames Laboratory nakadiskobre sa una nga proseso nga dili organikong katalista sa 2020 aron ma-deconstruct ang polyolefin plastics ngadto sa mga molekula nga magamit sa paghimo og mas bililhong mga produkto. Ang team karon nakahimo ug nag-validate sa usa ka estratehiya aron mapadali ang pagbag-o nga dili isakripisyo ang gusto nga mga produkto.
Ang catalyst orihinal nga gidisenyo ni Wenyu Huang, usa ka siyentista sa Ames Laboratory. Naglangkob kini sa mga partikulo sa platinum nga gisuportahan sa usa ka solidong silica core ug gilibutan sa usa ka silica shell nga adunay parehas nga mga pores nga naghatag access sa mga catalytic nga site. Ang kinatibuk-ang kantidad sa platinum nga gikinahanglan gamay ra, nga hinungdanon tungod sa taas nga gasto sa platinum ug limitado nga suplay. Atol sa mga eksperimento sa dekonstruksyon, ang taas nga polymer nga mga kadena nga hilo ngadto sa mga pores ug makontak ang mga catalytic nga mga site, ug dayon ang mga kadena gibuak ngadto sa mas gagmay nga mga piraso nga dili na plastik nga materyal (tan-awa ang hulagway sa ibabaw alang sa dugang nga mga detalye).
Matod ni Aaron Sadow, usa ka siyentista sa Ames Lab ug direktor sa Institute for Cooperative Upcycling of Plastics (iCOUP), ang team mihimo og tulo ka variation sa catalyst. Ang matag kalainan adunay parehas nga gidak-on nga mga core ug porous nga mga kabhang, apan lainlain ang diametro sa mga partikulo sa platinum, gikan sa 1.7 hangtod 2.9 hangtod 5.0 nm.
Gipanghimatuud sa mga tigdukiduki nga ang mga kalainan sa gidak-on sa partikulo sa platinum makaapekto sa mga gitas-on sa mga kadena sa produkto, mao nga ang dagkong mga partikulo sa platinum makahimo og mas taas nga mga kadena ug ang gagmay nga mga butang makahimo og mas mugbo nga mga kadena. Bisan pa, nahibal-an sa team nga ang mga gitas-on sa mga kadena sa produkto parehas ang gidak-on alang sa tanan nga tulo nga mga catalyst.
"Sa literatura, ang pagpili alang sa carbon-carbon bond cleavage reactions kasagaran magkalahi sa gidak-on sa platinum nanoparticle. Pinaagi sa pagbutang sa platinum sa ilawom sa mga pores, nakakita kami usa ka butang nga talagsaon, ”miingon si Sadow.
Hinunoa, ang gikusgon sa pagkaputol sa mga kadena ngadto sa mas gagmay nga mga molekula lahi alang sa tulo ka mga catalyst. Ang mas dagkong mga partikulo sa platinum mi-react sa taas nga kadena nga polimer nga mas hinay samtang ang gagmay nga mga partikulo mas paspas. Kini nga pagtaas sa rate mahimong moresulta gikan sa mas taas nga porsyento sa ngilit ug eskina nga platinum nga mga site sa ibabaw sa mas gagmay nga mga nanopartikel. Kini nga mga site mas aktibo sa pagputol sa polymer chain kaysa sa platinum nga nahimutang sa mga nawong sa mga partikulo.
Sumala ni Sadow, ang mga resulta importante tungod kay kini nagpakita nga ang kalihokan mahimong ipasibo nga independente gikan sa pagkapili niini nga mga reaksyon. "Karon, masaligon kami nga makahimo kami usa ka labi ka aktibo nga katalista nga labi nga mag-chew sa polimer, samtang gigamit ang mga parameter sa istruktura sa catalyst aron mag-dial sa piho nga mga gitas-on sa kadena sa produkto," ingon niya.
Gipatin-aw ni Huang nga kini nga matang sa mas dako nga molekula nga reaktibidad sa porous catalysts sa kinatibuk-an dili kaylap nga gitun-an. Mao nga, hinungdanon ang panukiduki aron masabtan ang sukaranan nga siyensya ingon man kung giunsa kini nahimo alang sa pag-upcycling sa mga plastik.
“Kinahanglan gyud nato nga mas masabtan ang sistema tungod kay nagkat-on pa kita og bag-ong mga butang kada adlaw. Gisuhid namo ang ubang mga parametro nga mahimo namong ibagay aron madugangan pa ang rate sa produksiyon ug mabalhin ang pag-apod-apod sa produkto, ”miingon si Huang. "Mao nga adunay daghang bag-ong mga butang sa among lista nga naghulat nga among mahibal-an."
Reference: "Size-Controlled Nanoparticles Embedded in a Mesoporous Architecture Leading to Efficient and Selective Hydrogenolysis of Polyolefins" ni Xun Wu, Akalanka Tennakoon, Ryan Yappert, Michaela Esveld, Magali S. Ferrandon, Ryan A. Hackler, Anne M. LaPointe, Andreas Heyden, Massimiliano Delferro, Baron Peters, Aaron D. Sadow ug Wenyu Huang, 23 Pebrero 2022, Journal sa American Chemical Society.
DOI: 10.1021/jacs.1c11694
Ang panukiduki gihimo sa Institute for Cooperative Upcycling of Plastics (iCOUP), nga gipangulohan sa Ames Laboratory. Ang iCOUP usa ka Energy Frontier Research Center nga gilangkuban sa mga siyentipiko gikan sa Ames Laboratory, Argonne National Laboratory, UC Santa Barbara, University of South Carolina, Cornell University, Northwestern University, ug ang University of Illinois Urbana-Champaign.
