Интерьерді көрсету үшін қабықтың сегменті алынып тасталған катализатордың екі нұсқасының визуалды көрінісі. Ақ сфера кремний диоксиді қабығын білдіреді, тесіктер - тесіктер. Ашық жасыл шарлар каталитикалық учаскелерді білдіреді, сол жақтағылар оң жақтағыдан әлдеқайда аз. Ұзынырақ қызыл жолдар полимер тізбектерін білдіреді, ал қысқа жолдар катализден кейінгі өнімдер болып табылады. Барлық қысқа жолдар өлшемдері бойынша ұқсас, катализатордың вариациялары бойынша дәйекті селективтілікті білдіреді. Бұған қоса, катализатордың кішігірім учаскелері шығаратын кішірек тізбектер бар, өйткені реакция тезірек жүреді. Кредит: АҚШ Энергетика министрлігі Аргонна ұлттық зертханасының суреті
Пластмассаларды қайта өңдеу технологиялары пластмассаларды ыдыратуға арналған жақында жасалған катализатор арқылы жетілдірілуде. Ames зертханасының ғалымдары бастаған ғалымдар тобы ашты алғашқы өңделетін бейорганикалық катализатор 2020 жылы полиолефинді пластмассаларды анағұрлым құнды өнімдер жасау үшін пайдалануға болатын молекулаларға деконструкциялау. Команда қазір қажетті өнімдерден бас тартпай, трансформацияны жылдамдату стратегиясын әзірледі және растады.
Катализаторды бастапқыда Амес зертханасының ғалымы Вэнью Хуан құрастырған. Ол қатты кремнезем өзегінде бекітілген және каталитикалық тораптарға қол жеткізуді қамтамасыз ететін біркелкі кеуектері бар кремний диоксиді қабықшасымен қоршалған платина бөлшектерінен тұрады. Қажетті платинаның жалпы мөлшері өте аз, бұл платинаның жоғары құны мен шектеулі жеткізіліміне байланысты маңызды. Деконструкциялық тәжірибелер кезінде ұзын полимерлі тізбектер кеуектерге еніп, каталитикалық орындармен байланысады, содан кейін шынжырлар енді пластикалық материал болып табылмайтын кішірек өлшемді бөліктерге бөлінеді (толығырақ ақпарат алу үшін жоғарыдағы суретті қараңыз).
Aaron Sadow, Ames Lab ғалымы және директорының айтуынша Пластмассаларды кооперативтік қайта өңдеу институты (iCOUP), команда катализатордың үш нұсқасын жасады. Әрбір вариацияда бірдей өлшемді өзектер мен кеуекті қабықшалар болды, бірақ платина бөлшектерінің диаметрлері әртүрлі, 1.7-ден 2.9-ға дейін 5.0 нм.
Зерттеушілер платина бөлшектерінің өлшемдеріндегі айырмашылықтар өнім тізбектерінің ұзындығына әсер етеді, сондықтан үлкен платина бөлшектері ұзағырақ тізбектер жасайды, ал кішілері қысқа тізбектер жасайды деп болжаған. Дегенмен, топ өнім тізбектерінің ұзындығы барлық үш катализатор үшін бірдей өлшемде екенін анықтады.
«Әдебиеттерде көміртегі-көміртегі байланысының ыдырау реакцияларының селективтілігі әдетте платина нанобөлшектерінің өлшеміне байланысты өзгереді. Тесіктердің түбіне платинаны қою арқылы біз өте ерекше нәрсені көрдік», - деді Садоу.
Оның орнына, тізбектердің кішірек молекулаларға бөліну жылдамдығы үш катализатор үшін әртүрлі болды. Үлкен платина бөлшектері ұзын полимер тізбегімен баяу әрекеттессе, кішілері жылдамырақ әрекеттесті. Бұл жоғарылаған жылдамдық кішірек нанобөлшектердің беттеріндегі шеткі және бұрыштық платина учаскелерінің жоғары пайызынан туындауы мүмкін. Бұл учаскелер бөлшектердің беткейлерінде орналасқан платинаға қарағанда полимер тізбегін үзуде белсендірек.
Садоудың пікірінше, нәтижелер маңызды, өйткені олар белсенділікті осы реакциялардағы селективтілікке тәуелсіз реттеуге болатынын көрсетеді. «Енді біз нақты өнім тізбегінің ұзындығын теру үшін катализатордың құрылымдық параметрлерін пайдалана отырып, полимерді тезірек шайнайтын белсендірек катализатор жасай алатынымызға сенімдіміз», - деді ол.
Хуан жалпы кеуекті катализаторлардағы үлкен молекулалық реактивтіліктің бұл түрі кеңінен зерттелмегенін түсіндірді. Сонымен, зерттеу іргелі ғылымды, сондай-ақ оның пластмассаларды қайта өңдеуге қалай әсер ететінін түсіну үшін маңызды.
«Біз шынымен де жүйені тереңірек түсінуіміз керек, өйткені біз күн сайын жаңа нәрселерді үйренеміз. Біз өндіріс қарқынын одан әрі арттыру және өнімнің таралуын өзгерту үшін реттей алатын басқа параметрлерді зерттеп жатырмыз », - деді Хуан. «Демек, біздің тізімде бізді ашуды күтіп тұрған көптеген жаңа нәрселер бар».
Анықтама: Сюн Ву, Акаланка Теннакун, Райан Япперт, Михаэла Эсвелд, Магали С. Феррандон, Райан А. Хаклер, Аннеас М.Хеклер, «Полиолефиндердің тиімді және селективті гидрогенолизіне әкелетін мезокеуекті архитектураға енгізілген өлшеммен басқарылатын нанобөлшектер» Хейден, Массимилиано Дельферро, барон Петерс, Аарон Д. Садоу және Веню Хуан, 23 ақпан 2022 ж. Американдық Химиялық қоғамының журналы.
DOI: 10.1021 / jacs.1c11694
Зерттеуді Ames зертханасы басқаратын Пластмассаларды кооперативті қайта өңдеу институты (iCOUP) жүргізді. iCOUP – Эмес зертханасының, Аргонна ұлттық зертханасының, Санта-Барбара университетінің, Оңтүстік Каролина университетінің, Корнелл университетінің ғалымдарынан тұратын энергетикалық шекараны зерттеу орталығы. Солтүстік-Батыс университетінің, және Иллинойс Урбана-Шампейн университеті.
