Կատալիզատորի երկու տատանումների տեսողական պատկեր, որի կեղևի մի հատվածը հանվել է ինտերիերը ցուցադրելու համար: Սպիտակ գունդը ներկայացնում է սիլիցիումի պատյանը, անցքերը ծակոտիներն են։ Վառ կանաչ գնդերը ներկայացնում են կատալիտիկ տեղամասերը, ձախ կողմում գտնվողները շատ ավելի փոքր են, քան աջ կողմում։ Ավելի երկար կարմիր տողերը ներկայացնում են պոլիմերային շղթաները, իսկ ավելի կարճ տողերը կատալիզից հետո արտադրանք են: Բոլոր ավելի կարճ տողերը չափերով նման են, ինչը ներկայացնում է կատալիզատորի տատանումների հետևողական ընտրողականությունը: Բացի այդ, կան ավելի փոքր շղթաներ, որոնք արտադրվում են կատալիզատորների փոքր տեղամասերի կողմից, քանի որ ռեակցիան ավելի արագ է տեղի ունենում: Վարկ. Պատկերը տրամադրվել է ԱՄՆ էներգետիկայի դեպարտամենտի Արգոնի ազգային լաբորատորիայի կողմից
Պլաստիկ վերամշակման տեխնոլոգիաները զարգանում են պլաստմասսաները քայքայելու համար վերջերս մշակված կատալիզատորի միջոցով: Գիտնականների թիմը՝ Էյմսի լաբորատորիայի գիտնականների գլխավորությամբ, հայտնաբերել է առաջին պրոցեսիվ անօրգանական կատալիզատորը 2020 թվականին պոլիոլեֆինային պլաստմասսաները մոլեկուլների վերածելու համար, որոնք կարող են օգտագործվել ավելի արժեքավոր ապրանքներ ստեղծելու համար: Թիմն այժմ մշակել և վավերացրել է փոխակերպումն արագացնելու ռազմավարություն՝ առանց ցանկալի ապրանքները զոհաբերելու:
Կատալիզատորն ի սկզբանե նախագծվել է Էյմս լաբորատորիայի գիտնական Վենյու Հուանգի կողմից: Այն բաղկացած է պլատինի մասնիկներից, որոնք ամրացված են պինդ սիլիցիումի միջուկի վրա և շրջապատված են միատեսակ ծակոտիներով սիլիցիումի թաղանթով, որն ապահովում է մուտք դեպի կատալիտիկ տեղամասեր: Պլատինի ընդհանուր քանակությունը բավական փոքր է, ինչը կարևոր է պլատինի բարձր գնի և սահմանափակ մատակարարման պատճառով: Ապակառուցման փորձերի ժամանակ երկար պոլիմերային շղթաները ներծծվում են ծակոտիների մեջ և շփվում են կատալիտիկ տեղամասերի հետ, այնուհետև շղթաները կոտրվում են ավելի փոքր չափերի կտորների, որոնք այլևս պլաստիկ նյութ չեն (տես վերևում գտնվող նկարը ավելի շատ մանրամասների համար):
Ըստ Aaron Sadow-ի՝ Ames Lab-ի գիտնական և տնօրենի Պլաստմասսաների կոոպերատիվ վերամշակման ինստիտուտ (iCOUP), թիմը ստեղծեց կատալիզատորի երեք տարբերակ: Յուրաքանչյուր տարբերակ ուներ նույն չափի միջուկներ և ծակոտկեն պատյաններ, բայց պլատինի մասնիկների տարբեր տրամագծեր՝ 1.7-ից 2.9-ից մինչև 5.0 նմ:
Հետազոտողները ենթադրեցին, որ պլատինի մասնիկների չափերի տարբերությունները կազդեն արտադրանքի շղթաների երկարության վրա, ուստի մեծ պլատինի մասնիկները ավելի երկար շղթաներ կստեղծեն, իսկ փոքրերը՝ ավելի կարճ: Այնուամենայնիվ, թիմը պարզեց, որ արտադրանքի շղթաների երկարությունը նույն չափն է բոլոր երեք կատալիզատորների համար:
«Գրականության մեջ ածխածնի-ածխածնի կապի ճեղքման ռեակցիաների ընտրողականությունը սովորաբար տատանվում է՝ կախված պլատինի նանոմասնիկների չափից: Տեղադրելով պլատին ծակոտիների հատակին, մենք տեսանք բավականին յուրահատուկ մի բան»,- ասել է Սադոն։
Փոխարենը, շղթաները ավելի փոքր մոլեկուլների բաժանվելու արագությունը տարբեր էր երեք կատալիզատորների համար: Պլատինի ավելի մեծ մասնիկները երկար պոլիմերային շղթայի հետ ավելի դանդաղ էին արձագանքում, իսկ փոքր մասնիկները՝ ավելի արագ։ Այս աճող տեմպը կարող է առաջանալ ավելի փոքր նանոմասնիկների մակերեսների վրա եզրային և անկյունային պլատինե տեղամասերի ավելի մեծ տոկոսի պատճառով: Այս տեղամասերը ավելի ակտիվ են պոլիմերային շղթան կտրելու համար, քան պլատինը, որը գտնվում է մասնիկների երեսին:
Ըստ Սադոյի, արդյունքները կարևոր են, քանի որ դրանք ցույց են տալիս, որ ակտիվությունը կարող է ճշգրտվել անկախ այս ռեակցիաների ընտրողականությունից: «Այժմ մենք վստահ ենք, որ կարող ենք ավելի ակտիվ կատալիզատոր ստեղծել, որն ավելի արագ կծամի պոլիմերը՝ միաժամանակ օգտագործելով կատալիզատորի կառուցվածքային պարամետրերը՝ որոշակի արտադրանքի շղթայի երկարություններ հավաքելու համար», - ասաց նա:
Հուանգը բացատրեց, որ ծակոտկեն կատալիզատորներում ավելի մեծ մոլեկուլային ռեակտիվության այս տեսակն ընդհանրապես լայնորեն ուսումնասիրված չէ: Այսպիսով, հետազոտությունը կարևոր է հիմնարար գիտությունը հասկանալու համար, ինչպես նաև այն, թե ինչպես է այն գործում պլաստմասսաների վերամշակման համար:
«Մենք իսկապես պետք է ավելի լավ հասկանանք համակարգը, քանի որ մենք դեռ ամեն օր նոր բաներ ենք սովորում: Մենք ուսումնասիրում ենք այլ պարամետրեր, որոնք կարող ենք կարգավորել արտադրության տեմպերի հետագա մեծացման և արտադրանքի բաշխումը փոխելու համար», - ասաց Հուանգը: «Այսպիսով, մեր ցուցակում շատ նոր բաներ կան, որոնք սպասում են մեզ բացահայտելու»:
Հղում․ «Չափի վերահսկվող նանոմասնիկներ, որոնք ներկառուցված են մեզոպորոզ ճարտարապետության մեջ, որը հանգեցնում է պոլիոլեֆինների արդյունավետ և ընտրովի հիդրոգենոլիզին» հեղինակներ՝ Սյուն Վու, Ակալանկա Թեննակուն, Ռայան Յապերտ, Միքայելա Էսվելդ, Մագալի Ս. Ֆերանդոն, Ռայան Ա. Լա Պոինտե, Ռայան Ա. Հեյդեն, Մասիմիլիանո Դելֆերրո, Բարոն Փիթերս, Ահարոն Դ. Սադո և Վենյու Հուանգ, 23 փետրվարի 2022 թ. Ամերիկյան քիմիական հասարակության ամսագիր.
DOI ՝ 10.1021 / jacs.1c11694
Հետազոտությունն իրականացրել է Պլաստիկների կոոպերատիվ վերամշակման ինստիտուտը (iCOUP)՝ Էյմս լաբորատորիայի ղեկավարությամբ։ iCOUP-ը էներգետիկ սահմանային հետազոտական կենտրոն է, որը բաղկացած է Էյմս լաբորատորիայի, Արգոնի ազգային լաբորատորիայի, UC Սանտա Բարբարայի, Հարավային Կարոլինայի համալսարանի, Կոռնելի համալսարանի գիտնականներից, Northwestern University, և Իլինոյսի Ուրբանա-Շամպայնի համալսարանը։
