Что такое каталитическое золото

Золото окончательно потеряло благородство – химики заставили нанокластеры из 55 золотых атомов самостоятельно разбивать молекулы кислорода без участия дополнительных веществ. Ранее золото работало катализатором только вместе с другими молекулами. Как это происходит, понятней не стало.

• Учебники химии пока что не учат нанотехнологии и далеки от переднего края развития нанонауки. Поэтому золото для многих по-прежнему остается одним из инертных, или, как ещё говорят, «благородных» металлов.

Между тем способность наночастиц золота, нанесённых на подложку из полупроводникового оксида переходного элемента, катализировать реакцию окисления монооксида углерода впервые была продемонстрирована еще в 1987 году. Сегодня на тему активности наночастиц золота в самых разнообразных специфических окислительных реакциях написано множество статей, однако химики и физики до сих пор не могут объяснить природы перехода частиц из инертного состояния в химически активное при уменьшении их размера до нескольких нанометров.

Каталитическая грелка в зимнем походе

Более того, все предыдущие работы фиксировали подобную активность только в случае наличия специфической полупроводниковой подложки – например, оксида титана – или в случае добавления к молекулярному кислороду, вступающему в реакцию окисления, специфических компонентов, таких как водород или пероксидные соединения. Потому отнести каталитическую активность только к свойствам наночастиц золота было некорректно.

• Теперь у ученых появилась такая возможность. В свежем выпуске журнала Nature ученые из британского Кембриджа и новозеландского Университета Кентербери опубликовали статью, в которой продемонстрировали каталитическую активность золотых наночастиц размером менее 2 нм к избирательному окислению ароматической молекулы стирена.

Эта реакция протекала в присутствии наночастиц, нанесенных на диэлектрическую поверхность нитрида бора, а исходная смесь компонентов состояла только из кислорода и стирола.

• Стирол – гомолог бензола – содержит двойную связь углерод-углерод в боковой цепи, которая и подвергается каталитическому окислению с образованием трех продуктов – бензальдегида, оксида стирола с треугольной эпоксидной группой и ацетофенона.

Эти окисленные углеводороды, в особенности эпоксидные соединения, являются ценными химическими продуктами. Их получают с помощью иных твердотельных катализаторов на основе платины, рутения и других металлов. Данные металлы способны к адсорбции на своей поверхности кислорода в молекулярной форме и последующей диссоциации молекул О2 на отдельные атомы. Процесс называется активацией кислорода и позволяет провести селективное окисление двойной связи в стирене.

• Крупные частицы золота не способны активизировать кислородные молекулы, однако Ричард Ламберт и его колени показали, что кластеры золота, состоящие из 55 атомов (Au55), прекрасно катализируют диссоциацию кислорода на отдельные атомы.

Такие кластеры золота, содержащие в себе строго определённое количество атомов, были открыты совсем недавно. Они имеют очень упорядоченную структуру, а потому являются очень стабильными частицами. Ламберт был первым, кто показал химическую активность этих кластеров.

Why Recycled Catalytic Converters worth so much Money/Cash? Platinum,Palladium,Rhodium,Gold,Silver

• Однако, показав, что золотые кластеры являются прекрасным примером и ориентиром для дальнейшего развития твердотельных катализаторов на подложках, учёные пока не в силах объяснить загадочный переход золота из инертного состояния в активное.

• Многие химики склонны полагать, что активность золотых кластеров проявляется в результате наличия в них большого количества «крайних» атомов – или, выражаясь научным языком, атомов с недостаточным координационным окружением, то есть атомов на поверхности и ребрах граней наночастиц. При уменьшении частиц до определённого размера плотность таких нескоординированных атомов на единицу объёма сильно возрастает.

Кроме того, размер в 1,4 нм соответствует длине волны де Бройля электрона на орбиталях атомов золота, что также может оказать заметное влияние на внутреннюю электронную структуру частицы. Правда, до того, чтобы рассчитать столь малую структуру электронных оболочек в частице из 55 атомов золота, в каждом из которых по 79 электронов, наука пока не доросла.

• Не исключено, к аномальной химической активности наночастиц золота приводят оба фактора. Исследования с помощью рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии высокого разрешения показали, что электронная структура золотых наночастиц действительно отличается от устройства таковой в объёмном материале, однако каким образом это приводит к активации молекул кислорода, авторы сказать не берутся.

Прояснить этот вопрос помогло бы обнаружение иных каталитических реакций, в которые могут вступать наночастицы золота. Интересно было бы исследовать характер их активности и в реакциях в газовой фазе и сравнить его с реакциями в жидких средах. А эра твердофазных катализаторов на основе кластерных наночастиц только начинается.

Источник: www.nanonewsnet.ru

Загадка золота: Нанокатализ

Удалось разрешить одну из долгоживущих загадок – почему каталитическая активность золота резко возрастает при уменьшении размеров частиц ниже 5 нм, в то время как у платины все обстоит ровно наоборот.

Редакция сайта

Благородные металлы, в том числе и платина, являются хорошими катализаторами, которые часто используются и в науке, и в производстве. Золото же долгое время считалось единственным исключением, пока в 1980-х годах не было обнаружено, что высокую каталитическую активность проявляют частицы золота размером менее 5 нм.

0 РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Расчеты, проведенные работающим в США исследователем Сергеем Рашкеевым выявили важнейшее отличие между поведением наночастиц золота и платины. Хотя оба металла на наноуровне начинают связываться с реагентами сильнее, в платине это связывание становится настолько прочным, что реакция уже не может протекать при низких температурах. У золота же связывание оказывается слабее, но как раз достаточным для проявления эффективной каталитической активности.

Кстати, как установлено недавними исследованиями, наночастицы золота проявляют и другие неожиданные и полезные свойства. Например, они могут выступать в роли «атомарного клея» («Золото соединяет») или помогать в излечении опухолей («Лечение золотом»). Тем более что запасы драгоценного металла могут оказаться практически неисчерпаемыми: австралийские ученые подсчитали, что в земном ядре его находится столько, что можно покрыть всю нашу планету полуметровым слоем («Золотое дно Земли»), а также придумали способ выделять золото из самых бедных почв с помощью бактерий («Микробы выделяют капитал»).

Загрузка статьи.

Источник: www.techinsider.ru

20 примеров катализаторов (и их функций)

Для катализатор ты понимаешь один субстанция или же элемент , как простые, так и составные, что играет ускоряющую роль в химическая реакция определяется, сокращая время, в течение которого это происходит, но без какого-либо изменения конечного продукта и без потери собственной массы в процессе (что действительно происходит в реагентах). Например: ферменты, УФ-свет, цинк, кобальт.

Этот процесс ускорения химической реакции называется «катализ». А элементы или вещества, которые ингибируют катализ, известны как ингибиторы. Многие химические реакции нуждаются в подходящем катализаторе в зависимости от того, хотите ли вы увеличить или уменьшить скорость, с которой они происходят. В этом смысле катализ может быть положительным (скорость реакции увеличивается) или отрицательным (скорость реакции уменьшается).

В изучение в катализе и производстве каталитических агентов является плодотворной областью химическая и биологическая промышленность , поскольку они позволяют ускорить реакции простым добавлением подходящего катализатора.

Примеры катализатора (и его функции)

1. Ферменты . Это вещества, которые биологически и естественным образом выделяются организмом живые существа . Ферменты играют очень важную каталитическую роль, поскольку они ускоряют жизненно важные химические процессы, которые, если бы они происходили сами по себе, потребовали бы температуры часто несовместимо с жизнью. Например, пепсин и трипсин участвуют в расщеплении мяса, ускоряя пищеварение, на которое в противном случае потребовалось бы гораздо больше времени и усилий.
2. УФ-свет. Ультрафиолетовый свет вместе с катализатором обеспечивает фотокатализ: ускорение химической реакции за счет работы катализатора, активируемого световой энергией ультрафиолета. Озон и оксиды металлов переход — обычные фотокатализаторы.
3. Палладиевые катализаторы. Эти устройства, встроенные в автомобильные системы, использующие неэтилированный бензин, содержат Палладий или платина в мелких частицах в контейнере, который прилипает к выхлопным газам автомобили. Эти металлы действуют как катализаторы в процессе ослабления оксида углерода и других веществ. токсичные газы принадлежащий горение , и позволяют в рекордно короткие сроки преобразовать их в водяной пар или другие менее опасные вещества.
4. Хлорид алюминия. Этот катализатор используется в нефтехимической промышленности для получения синтетических смол или смазочных веществ без изменения хрупкой природы углеводороды под вопросом, так как он обладает одновременно кислотными и основными свойствами (он амфотерный).
5. Производные фтора. Они ускоряют разложение озона (O3 → O + O2), что обычно является довольно медленной реакцией. Это проблема аэрозолей и хладагентов, которые выбрасывают ХФУ в атмосферу: они разбавляют озоновый слой.
6. Кислотные вещества. Протоны, выпущенные большинством кислотные вещества могут играть роль катализаторов в определенных химических реакциях, таких как гидролиз (разложение сложных эфиров с образованием карбоновых кислот и спирты ) сложных эфиров (органических нефтепродуктов).
7. Цинк. Это обычный катализатор в составе циклоалканов (насыщенных углеводородов), используемых в парфюмерии, нефтяной промышленности и других.
8. Диоксид марганца (MnO2). Это соединение является частым катализатором для ускорения разложения перекиси водорода или перекиси водорода (2H2O2 → 2H2O + O2).
9. Железо (III). Восток металл Он используется в качестве катализатора в процессе Габера-Боша для получения аммиака из водорода и азота.
10. Пятиокись ванадия (V2ИЛИ ЖЕ5). Это высокотоксичное соединение, которое обратимо теряет кислород при нагревании. Поэтому его используют как катализатор при получении серной кислоты из диоксида серы (SO2).
11. Титана. Смешанный с алюминием, он используется в процессе полимеризации Циглера-Натта для ускорения получение полиэтилена высокой плотности (HDPE), используемого для изготовления тары и пробок для бутылок пластик.
12. Никель. В мелком виде он используется при гидрогенизации растительных масел, в результате чего получают маргарин: жиры ненасыщенные становятся насыщенными при бомбардировке водородом, и этот металл ускоряет этот процесс.
13. Диоксид кремния или кремнезем (SO2). Это один из наиболее широко используемых катализаторов в процессе каталитического крекинга масла, помимо высоких давлений и температур. В треск Он заключается в получении более простых веществ из сложного углеводорода.
14. Кобальт (Co) и молибден (Mo). Это вещества, используемые на глиноземе в процессе каталитического риформинга нефти, в котором тяжелая нафта отделяется от серы и азота для увеличения ее октанового числа.
15. Перманганат калия (KMnO4). Он используется в качестве катализатора химической реакции, которая превращает алкены (ненасыщенные углеводороды или олефины) в диолы.
16. Платина. Этот металл используется в качестве катализатора в некоторых реакциях для получения производных бензола, таких как циклогексан, необходимых для производства нейлона.
17. Золото. Недавние исследования показывают эффективность золота как нанокатализатора, то есть когда оно находится в атомных группах от восьми до двух дюжин. атомы .
18. Лимонная кислота. Кислота, содержащаяся в лимоне или других цитрусовых, замедляет (отрицательный катализ) процесс окисление из органический материал . В этом можно убедиться с помощью кусочка яблока.
19. Серебро. Поликристаллическое серебро и нанопористое серебро в экспериментах по электрокатализу являются эффективными ускорителями процессы снижения содержания углекислого газа (CO2), которые позволяют эффективно производить химические продукты инструменты.

Источник: amara-malik.com