Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Trong một khám phá có thể dẫn đến sự phát triển các chất xúc tác mới không phụ thuộc vào kim loại hiếm đắt tiền, các nhà khoa học đã chỉ ra rằng năng lượng liên kết tối ưu có thể đi chệch khỏi các tính toán truyền thống dựa trên nhiệt động lực học cân bằng ở tốc độ phản ứng cao. Điều này có nghĩa là xem xét lại việc thiết kế các chất xúc tác sử dụng các tính toán mới có thể cần thiết để đạt được tỷ lệ tốt nhất.
Xác định năng lượng liên kết tối ưu cho các phản ứng hóa học không đồng nhất – thường có nghĩa là chất phản ứng ở trong pha khí hoặc lỏng trong khi chất xúc tác là chất rắn – rất quan trọng đối với nhiều khía cạnh của xã hội hiện đại vì chúng ta dựa vào các phản ứng như vậy cho các quá trình khác nhau như sản xuất phân bón và nhựa. Có một năng lượng liên kết tối ưu – nghĩa là mức độ tương tác giữa các chất phản ứng và chất xúc tác – nơi quá trình này hiệu quả nhất (nếu quá thấp, các chất phản ứng sẽ không phản ứng với chất xúc tác và nếu nó quá cao thì chúng sẽ vẫn bị ràng buộc với nó) và các chất xúc tác được thiết kế dựa trên điều này. Trong một khám phá có thể dẫn đến sự phát triển của các chất xúc tác mới không phụ thuộc vào kim loại quý hiếm đắt tiền, các nhà khoa học từ Trung tâm Khoa học tài nguyên bền vững RIKEN đã chỉ ra rằng năng lượng liên kết tối ưu có thể đi chệch khỏi các tính toán truyền thống, dựa trên nhiệt động lực học cân bằng ở tốc độ phản ứng cao. Điều này có nghĩa là xem xét lại việc thiết kế các chất xúc tác sử dụng các tính toán mới có thể cần thiết để đạt được tỷ lệ tốt nhất.
Phản ứng hóa học không đồng nhất được sử dụng trong nhiều quy trình công nghiệp. Một số trong những sản phẩm được biết đến nhiều nhất là sản xuất amoniac thông qua quy trình Haber-Bosch, sản xuất nhựa sử dụng phản ứng Ziegler-Natta và khử lưu huỳnh dầu mỏ. Năm 1911, nhà hóa học người Pháp Paul Sabatier đã đề xuất dựa trên các thí nghiệm rằng có một năng lượng liên kết tối ưu cho phép hoạt động xúc tác được tối đa hóa. Gần đây, những tiến bộ trong hóa học tính toán đã cung cấp một khung để tính toán năng lượng liên kết tối ưu dựa trên nhiệt động lực học cân bằng và giả định rằng quá trình sẽ diễn ra suôn sẻ nếu tất cả các bước trong quy trình đều thuận lợi về mặt nhiệt động. Ở đây, vai trò của chất xúc tác là cải thiện nhiệt động lực học của bước bất lợi nhất là cái bắt là “tối ưu”.
Nhóm nghiên cứu đã thực hiện một bộ tính toán mới, dựa trên mô hình động học phản ứng tính đến sự khác biệt này và tính toán năng lượng liên kết tối ưu mới cho quá trình oxy hóa hydro, sử dụng xúc tác không đồng nhất, nhận thấy rằng các tính toán cho các giá trị khác nhau ở tốc độ phản ứng cao. Các nhà nghiên cứu đã rất vui khi thấy các tính toán của họ dự đoán các chiến lược mới về thiết kế chất xúc tác không thể có được bằng cách sử dụng phương pháp nhiệt động truyền thống.
Dựa trên phát hiện này, nhóm nghiên cứu dự định tìm kiếm các chất xúc tác mới, sử dụng các nguyên tố như đồng hoặc niken để có thể đẩy các phản ứng xúc tác không đồng nhất về phía trước nhưng ít tốn kém và thân thiện với môi trường hơn so với hiện tại, thường đòi hỏi các kim loại quý như bạch kim và palađi.
Do đó nghiên cứu tìm ra chất xúc tác mới bằng phương pháp mới này có thể góp phần đạt được ba trong số các Mục tiêu Phát triển bền vững của Liên hợp quốc: Mục tiêu 7 (năng lượng sạch và giá cả phải chăng), Mục tiêu 12 (sản xuất và tiêu thụ có trách nhiệm) và Mục tiêu 13 (khí hậu hoạt động).”
Nguồn truyện:
Tài liệu được cung cấp bởi RIKEN . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.
Tạp chí tham khảo :