Viżwali ta 'żewġ varjazzjonijiet tal-katalizzatur, b'segment tal-qoxra mneħħija biex turi l-intern. L-isfera bajda tirrappreżenta l-qoxra tas-silika, it-toqob huma l-pori. L-isferi aħdar jgħajjat jirrappreżentaw is-siti katalitiċi, dawk fuq ix-xellug huma ħafna iżgħar minn dawk fuq il-lemin. Il-kordi ħomor itwal jirrappreżentaw il-ktajjen tal-polimeru, u l-kordi iqsar huma prodotti wara l-katalisi. Il-kordi iqsar kollha huma simili fid-daqs, li jirrappreżentaw is-selettività konsistenti fil-varjazzjonijiet tal-katalist. Barra minn hekk, hemm aktar ktajjen iżgħar prodotti mis-siti iżgħar tal-katalizzaturi minħabba li r-reazzjoni sseħħ aktar malajr. Kreditu: Immaġini b'korteżija ta' Argonne National Laboratory, Dipartiment tal-Enerġija tal-Istati Uniti
It-teknoloġiji tal-upcycling tal-plastik qed jiġu avvanzati minn katalizzatur żviluppat reċentement għat-tkissir tal-plastik. Tim ta' xjenzati mmexxi minn xjentisti tal-Laboratorju Ames skoprew il- l-ewwel katalizzatur inorganiku proċessiv fl-2020 biex deconstruct polyolefin plastiks f'molekuli li jistgħu jintużaw biex jinħolqu prodotti aktar siewja. It-tim issa żviluppa u vvalida strateġija biex tħaffef it-trasformazzjoni mingħajr ma tiġi sagrifikata l-prodotti mixtieqa.
Il-katalizzatur kien oriġinarjament iddisinjat minn Wenyu Huang, xjenzat fil-Laboratorju Ames. Tikkonsisti minn partiċelli tal-platinu sostnuti fuq qalba solida tas-silika u mdawra b'qoxra tas-silika b'pori uniformi li jipprovdu aċċess għal siti katalitiċi. L-ammont totali tal-platinu meħtieġ huwa pjuttost żgħir, li huwa importanti minħabba l-ispiża għolja tal-platinu u l-provvista limitata. Waqt esperimenti ta 'dekostruzzjoni, il-ktajjen twal tal-polimeru jdubu fil-pori u jikkuntattjaw is-siti katalitiċi, u mbagħad il-ktajjen huma maqsuma f'biċċiet ta' daqs iżgħar li m'għadhomx materjal tal-plastik (ara l-immaġni hawn fuq għal aktar dettalji).
Skont Aaron Sadow, xjenzat f’Ames Lab u direttur tal- Istitut għall-Upcycling Koperattiv tal-Plastik (iCOUP), it-tim crafted tliet varjazzjonijiet tal-katalizzatur. Kull varjazzjoni kellha qlub ta 'daqs identiku u qxur poruż, iżda dijametri li jvarjaw ta' partiċelli tal-platinu, minn 1.7 sa 2.9 sa 5.0 nm.
Ir-riċerkaturi ipotizzaw li d-differenzi fid-daqs tal-partiċelli tal-platinu jaffettwaw it-tulijiet tal-ktajjen tal-prodott, għalhekk partiċelli kbar tal-platinu jagħmlu ktajjen itwal u dawk żgħar jagħmlu ktajjen iqsar. Madankollu, it-tim skopra li t-tulijiet tal-ktajjen tal-prodotti kienu tal-istess daqs għat-tliet katalizzaturi.
“Fil-letteratura, is-selettività għar-reazzjonijiet tal-qsim tal-bonds tal-karbonju-karbonju ġeneralment tvarja skont id-daqs tan-nanopartiċelli tal-platinu. Billi poġġiet il-platinu fil-qiegħ tal-pori, rajna xi ħaġa pjuttost unika,” qal Sadow.
Minflok, ir-rata li biha l-ktajjen tkissru f'molekuli iżgħar kienet differenti għat-tliet katalizzaturi. Il-partiċelli tal-platinu akbar irreaġixxew mal-katina twila tal-polimer aktar bil-mod filwaqt li dawk iżgħar irreaġixxew aktar malajr. Din ir-rata miżjuda tista 'tirriżulta mill-persentaġġ ogħla ta' siti tal-platinu tat-tarf u tal-kantunieri fuq l-uċuħ tan-nanopartiċelli iżgħar. Dawn is-siti huma aktar attivi fil-qsim tal-katina tal-polimer mill-platinu li jinsab fl-uċuħ tal-partiċelli.
Skont Sadow, ir-riżultati huma importanti għaliex juru li l-attività tista 'tiġi aġġustata indipendentement mis-selettività f'dawn ir-reazzjonijiet. "Issa, aħna kunfidenti li nistgħu nagħmlu katalizzatur aktar attiv li jomogħdu l-polimeru saħansitra aktar malajr, filwaqt li nużaw parametri strutturali tal-katalizzatur biex tiddetermina tulijiet speċifiċi tal-katina tal-prodott", qal.
Huang spjega li dan it-tip ta 'reattività ta' molekula akbar f'katalizzaturi porużi b'mod ġenerali mhumiex studjati b'mod wiesa '. Għalhekk, ir-riċerka hija importanti biex tifhem ix-xjenza fundamentali kif ukoll kif taħdem għall-upcycling tal-plastik.
“Hemm bżonn li nifhmu aktar is-sistema għax għadna qed nitgħallmu affarijiet ġodda kuljum. Qed nesploraw parametri oħra li nistgħu nirranġaw biex inkomplu nżidu r-rata tal-produzzjoni u nbiddlu d-distribuzzjoni tal-prodott,” qal Huang. "Għalhekk hemm ħafna affarijiet ġodda fil-lista tagħna jistennewna niskopru."
Referenza: "Nanopartiċelli Ikkontrollati mid-Daqs Inkorporati f'Arkitettura Mesoporuża Li Twassal għal Idroġenolisi Effiċjenti u Selettiva ta' Poliolefini" minn 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 u Wenyu Huang, 23 ta’ Frar 2022, Ġurnal tas-Soċjetà Kimika Amerikana.
DOI: 10.1021/jacs.1c11694
Ir-riċerka tmexxiet mill-Istitut għall-Upcycling Koperattiv tal-Plastik (iCOUP), immexxi minn Ames Laboratory. iCOUP huwa Ċentru ta' Riċerka tal-Fruntiera tal-Enerġija li jikkonsisti minn xjenzati minn Ames Laboratory, Argonne National Laboratory, UC Santa Barbara, Università ta 'South Carolina, Cornell University, Northwestern Università, u l-Università ta’ Illinois Urbana-Champaign.
