Visual fan twa fariaasjes fan 'e katalysator, mei in segmint fan' e shell fuortsmiten om it ynterieur te sjen. De wite bol stiet foar de silika-shell, de gatten binne de poaren. De ljochte griene sfearen fertsjintwurdigje de katalytyske plakken, de links binne folle lytser as de rjochts. De langere reade snaren fertsjintwurdigje de polymeerketen, en de koartere snaren binne produkten nei katalyse. Alle koartere snaren binne ferlykber yn grutte, dy't de konsekwinte selektiviteit oer katalysatorfariaasjes fertsjintwurdigje. Derneist binne d'r mear lytsere keatlingen produsearre troch de lytsere katalysatorplakken, om't de reaksje rapper foarkomt. Kredyt: Ofbylding mei hoflikens fan Argonne National Laboratory, US Department of Energy
Plastic upcycling technologyen wurde avansearre troch in koartlyn ûntwikkele katalysator foar it ôfbrekken fan plestik. In team fan wittenskippers ûnder lieding fan Ames Laboratory wittenskippers ûntduts de earste ferwurkjende anorganyske katalysator yn 2020 om polyolefinplestik te dekonstruearjen yn molekulen dy't kinne wurde brûkt om mear weardefolle produkten te meitsjen. It team hat no in strategy ûntwikkele en falidearre om de transformaasje te fersnellen sûnder winske produkten op te offerjen.
De katalysator waard oarspronklik ûntwurpen troch Wenyu Huang, in wittenskipper by Ames Laboratory. It bestiet út platina dieltsjes stipe op in solide silika kearn en omjûn troch in silika shell mei unifoarme poarjes dy't jouwe tagong ta katalytic sites. De totale hoemannichte platina nedich is frij lyts, wat wichtich is fanwegen de hege kosten en it beheinde oanbod fan platina. Tidens dekonstruksje-eksperiminten reitsje de lange polymeerketen yn 'e poaren en komme se yn kontakt mei de katalytyske plakken, en dan wurde de keatlingen brutsen yn lytsere stikken dy't net mear plastysk materiaal binne (sjoch ôfbylding hjirboppe foar mear details).
Neffens Aaron Sadow, in wittenskipper by Ames Lab en direkteur fan 'e Ynstitút foar Cooperative Upcycling fan Plastics (iCOUP), It team makke trije farianten fan 'e katalysator. Eltse fariaasje hie identike grutte kearnen en poreuze skulpen, mar wikseljende diameters fan platina dieltsjes, fan 1.7 oan 2.9 oan 5.0 nm.
De ûndersikers hypoteze dat de ferskillen yn platina-partikelgrutte de lingten fan 'e produktketten beynfloedzje, sadat grutte platina-dieltsjes langere keatlingen meitsje en lytsere koartere keatlingen. It team ûntduts lykwols dat de lingten fan 'e produktketten deselde grutte wiene foar alle trije katalysatoren.
"Yn 'e literatuer ferskilt de selektiviteit foar spaltingreaksjes fan koalstof-koalstofbân meastentiids mei de grutte fan' e platina-nanopartikels. Troch platina oan 'e boaiem fan' e poaren te pleatsen, seagen wy wat hiel unyk, "sei Sadow.
Ynstee dêrfan wie de snelheid wêrmei't de keatlingen yn lytsere molekulen brutsen waarden oars foar de trije katalysatoren. De gruttere platina dieltsjes reagearren mei de lange polymeer keten stadiger wylst de lytsere reagearren flugger. Dit ferhege taryf koe resultearje út it hegere persintaazje fan râne- en hoekplatina-sites op 'e oerflakken fan' e lytsere nanopartikels. Dizze siden binne mear aktyf yn it spjalten fan 'e polymearketen dan it platina dat yn' e gesichten fan 'e dieltsjes leit.
Neffens Sadow binne de resultaten wichtich om't se sjen litte dat aktiviteit ûnôfhinklik fan de selektiviteit yn dizze reaksjes oanpast wurde kin. "No binne wy der wis fan dat wy in aktivere katalysator kinne meitsje dy't it polymeer noch rapper soe kauwen, wylst wy katalysatorstrukturele parameters brûke om spesifike produktketenlingten yn te kiezen," sei er.
Huang ferklearre dat dit soarte fan gruttere molekulereaktiviteit yn poreuze katalysatoren yn 't algemien net wiid studearre. Dat, it ûndersyk is wichtich foar it begripen fan 'e fûnemintele wittenskip, lykas hoe't it prestearret foar it upcycling fan plestik.
"Wy moatte it systeem echt fierder begripe, om't wy noch elke dei nije dingen leare. Wy ferkenne oare parameters dy't wy kinne ôfstimme om de produksjesnelheid fierder te ferheegjen en de produktdistribúsje te ferskowen, "sei Huang. "Dat d'r binne in protte nije dingen op ús list dy't op ús wachtsje om te ûntdekken."
Referinsje: "Grutte-kontroleare nanopartikels ynbêde yn in mesoporeuze arsjitektuer dy't liedt ta effisjinte en selektive hydrogenolyse fan polyolefinen" troch 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 febrewaris 2022, Journal of the American Chemical Society.
DOI: 10.1021/jacs.1c11694
It ûndersyk waard útfierd troch it Institute for Cooperative Upcycling of Plastics (iCOUP), ûnder lieding fan Ames Laboratory. iCOUP is in Energy Frontier Research Center besteande út wittenskippers fan Ames Laboratory, Argonne National Laboratory, UC Santa Barbara, University of South Carolina, Cornell University, Northwestern University, en de Universiteit fan Illinois Urbana-Champaign.
