EPFL కెమికల్ ఇంజనీర్లు మెటల్ క్లస్టర్‌లను నిర్మించడానికి ఒక మార్గాన్ని అభివృద్ధి చేశారు – సమీప పరమాణు ఖచ్చితత్వంతో – ఉత్ప్రేరకాలు మెరుగుపరచడానికి మరియు కార్బన్ డయాక్సైడ్‌ను మిథనాల్ వంటి అధిక విలువ కలిగిన రసాయనాలుగా మార్చడంతో పాటు రసాయన ప్రతిచర్యలను వేగవంతం చేసే సామర్థ్యాన్ని కలిగి ఉంటుంది.
కార్బన్ డయాక్సైడ్ వంటి గ్రీన్హౌస్ వాయువులను మిథనాల్ వంటి అధిక విలువ కలిగిన రసాయనాలుగా మార్చడానికి ప్రేరేపించబడిన EPFL రసాయన ఇంజనీర్లు ఉత్ప్రేరకాలు చేయడానికి కొత్త పద్ధతిని అభివృద్ధి చేశారు. ఉత్ప్రేరకాలు రసాయన పరిశ్రమలో ప్రధాన సాధనాలు మరియు పెట్రోకెమికల్స్ తయారు చేయడానికి ఎక్కువగా తయారు చేయబడ్డాయి. ఈ పద్ధతిలో, వారు ఉత్ప్రేరక చర్యను మెరుగుపరిచే సామర్థ్యాన్ని కలిగి ఉన్న ఘన మద్దతుపై – సమీప పరమాణు ఖచ్చితత్వంతో – మెటల్ క్లస్టర్‌లను నిర్మించడానికి ఒక మార్గాన్ని అభివృద్ధి చేశారు. ఫలితాలు ప్రచురించబడ్డాయి ప్రకృతి ఉత్ప్రేరకము.
“మీరు సాధ్యమైనంత వరకు ఉత్ప్రేరకాలు ప్రతి సారి ఎక్కువ ఉత్పత్తిని ఉత్పత్తి చేయాలనుకుంటున్నారు, మరియు ఒక ఉత్ప్రేరకం సమీప పరమాణు ఖచ్చితత్వంతో తయారు చేయబడినప్పుడు, మీరు మరింత చురుకైన పదార్థాన్ని పొందుతారని మేము కనుగొన్నాము” అని EPFL యొక్క లాబొరేటరీ ఆఫ్ సస్టైనబుల్ మరియు ప్రొఫెసర్ జెరెమీ లూటర్‌బాచెర్ చెప్పారు. ఉత్ప్రేరక ప్రాసెసింగ్. “పునరుత్పాదక మిథనాల్‌ను ఉత్పత్తి చేయడానికి హైడ్రోజన్ వాయువుతో కార్బన్ డయాక్సైడ్ వంటి క్లిష్ట ప్రతిచర్యలకు ఈ సాంకేతికత చాలా ఆసక్తికరంగా ఉంటుంది.”
ఉత్ప్రేరకాల గురించి కొంచెం
పరిశ్రమలో అవి సర్వవ్యాప్తి చెందినప్పటికీ, మేము సాధారణంగా మా కారు టెయిల్‌పైప్‌లోని ఘన ఉత్ప్రేరకాలతో పరస్పర చర్య చేస్తాము. అక్కడ, ఉత్ప్రేరక కన్వర్టర్ ఇంధన దహనం నుండి ఎగ్జాస్ట్‌ను తీసుకుంటుంది మరియు గాలిలోకి విడుదలయ్యే విషపూరిత కాలుష్యాల మొత్తాన్ని తగ్గించడంలో సహాయపడుతుంది. కారు ఇంజన్ ముఖ్యంగా కార్బన్ మోనాక్సైడ్ (CO), వాసన లేని మరియు రంగులేని విషపూరిత వాయువును ఉత్పత్తి చేస్తుంది, ఇది అధిక సాంద్రతలలో, పీల్చినట్లయితే అనారోగ్యం మరియు మరణానికి కారణమవుతుంది. గది లోపల ఒక ఉత్ప్రేరకం ఉంటుంది, సాధారణంగా చౌకైన ఘనపదార్థంపై చిన్న ప్లాటినం లేదా పల్లాడియం కణాలతో తయారు చేయబడుతుంది. ఈ లోహం గాలి మరియు కార్బన్ మోనాక్సైడ్ వంటి కాలుష్య కారకాలను బంధిస్తుంది మరియు గాలిలోకి తక్కువ విషపూరిత కార్బన్ డయాక్సైడ్ (CO2) వాయువును ఉత్పత్తి చేయడానికి ప్రతిస్పందించడంలో వారికి సహాయపడుతుంది.
“అధిక ఉష్ణోగ్రత వద్ద ఉత్ప్రేరకం లేకుండా ప్రతిచర్య జరుగుతుంది. ఉదాహరణకు, మంటలో కార్బన్ మోనాక్సైడ్‌ను కాల్చడం వలన కార్బన్ మోనాక్సైడ్ మరియు ఆక్సిజన్ కలిసి కార్బన్ డయాక్సైడ్ ఏర్పడటానికి క్రాష్ అవుతాయి, ఎందుకంటే అవి తాకిడికి తగినంత శక్తివంతంగా ఉండేంత వేడిగా ఉంటాయి. ,” అని లూటర్‌బాచర్ వివరించాడు. “ఒక ఉత్ప్రేరకంతో, కార్బన్ మోనాక్సైడ్ మరియు ఆక్సిజన్ ఒక లోహ ఉపరితలంతో కట్టుబడి ఉంటాయి మరియు తక్కువ ఉష్ణోగ్రత వద్ద ఢీకొన్నప్పటికీ అవి ప్రతిస్పందిస్తాయి. ఇది ఉత్ప్రేరక ఉపరితలంపై మంచు-స్కేటింగ్ చేసినట్లుగా ఉంటుంది మరియు ఉపరితలం మధ్య పరివర్తనకు సహాయపడుతుంది. కాలుష్య కారకం మరియు రియాక్టెంట్.”
భవిష్యత్ ఉత్ప్రేరకాలు కార్బన్ డయాక్సైడ్, మన గ్రహం మీద పునరుత్పాదక కార్బన్ యొక్క అతిపెద్ద మూలం అయిన గ్రీన్హౌస్ వాయువును మిథనాల్ వంటి అధిక విలువ గల వాయువులుగా మార్చగలగాలి. ఈ ప్రక్రియ హైడ్రోజనేషన్‌గా సూచించబడే రసాయన ప్రతిచర్యలో జరుగుతుంది, ఇది మిథనాల్ కాకుండా అనేక వస్తువులను ఉత్పత్తి చేయగల కష్టమైన ప్రతిచర్య. ఇతర ఉత్పత్తులను తయారు చేయకుండా కార్బన్ డయాక్సైడ్‌ను మిథనాల్‌గా మార్చడానికి తగినంత చురుకైన ఉత్ప్రేరకాన్ని తయారు చేయడం ఒక ముఖ్యమైన సవాలు.
ఉత్ప్రేరకం యొక్క ఖచ్చితమైన పొరలు
ఘన ఉత్ప్రేరకం చేయడానికి, రియాక్టెంట్‌తో సంబంధాన్ని పెంచడానికి, ఒక పోరస్ పౌడర్ వంటి అధిక ఉపరితల వైశాల్యం కలిగిన పదార్థం పైన ఒక లోహ కణాన్ని నిక్షిప్తం చేస్తారు.
ఉత్ప్రేరక కూర్పును ఖచ్చితంగా నియంత్రించడం ద్వారా ప్రతిచర్యలను నియంత్రించగలరా మరియు వేగవంతం చేయగలరా అని లూటర్‌బాచెర్ మరియు అతని బృందం ఆశ్చర్యపోయారు, ముఖ్యంగా ఉత్ప్రేరకంతో ప్రతిచర్యలు ఎంత కఠినంగా బంధిస్తాయో ట్యూన్ చేయడానికి సరైన పదార్థాన్ని ఎంచుకోవడం ద్వారా. వారు మునుపటి పరిశోధనలో ఘన మద్దతుపై పరమాణు ఖచ్చితత్వంతో లోహాల ద్వీపాలను జమ చేయగలరని కనుగొన్నారు, ఈ పద్ధతిని ద్రవ-దశ అటామిక్ లేయర్ డిపాజిషన్ (ALD) అని పిలుస్తారు, ఇది ప్రతిచర్యను ఎనేబుల్ చేయడానికి ఖచ్చితమైన ఉత్ప్రేరకం క్రియాశీల సైట్‌లను రూపొందించడానికి సరైనది.
వాస్తవానికి, ఈ చిన్న ద్వీపాలు లేదా అనేక లోహాల సమూహాలను సమీప పరమాణు ఖచ్చితత్వంతో నిక్షిప్తం చేయడం వలన EPFL బృందం కార్బన్ డయాక్సైడ్‌ను హైడ్రోజనేట్ చేయడానికి అనుమతించింది, అదే కూర్పు యొక్క ఉత్ప్రేరకం కంటే పది రెట్లు ఎక్కువ అయితే ఈ నియంత్రణ లేకుండా నిర్మించబడింది. వారు మెగ్నీషియం ఆక్సైడ్‌ను మద్దతుగా ఉపయోగించారు, ఇది సాధారణంగా కార్బన్ డయాక్సైడ్‌ను రియాక్టివ్‌గా చాలా గట్టిగా బంధిస్తుంది మరియు వారు చిన్న జిర్కోనియా దీవులను జమ చేశారు, ఇది సాధారణంగా కార్బన్ డయాక్సైడ్‌ను చాలా తేలికగా బంధిస్తుంది. అప్పుడు, వారు హైడ్రోజన్‌ను బంధించడానికి రాగిని జోడించారు. సరైన నిష్పత్తిలో కలిపి ఉంచినప్పుడు, అవి చాలా మిథనాల్‌ను త్వరగా మరియు మరేదైనా తక్కువ చేయడానికి సరైన మిశ్రమాన్ని కలిగి ఉన్నట్లు అనిపించింది.
“మెగ్నీషియం ఆక్సైడ్ CO2 సంగ్రహానికి స్థిరమైన పదార్థంగా విస్తృతంగా గుర్తించబడింది, కానీ CO2 పట్ల దాని బలమైన అనుబంధం ఉత్ప్రేరకం మద్దతుగా దాని వినియోగాన్ని పరిమితం చేసింది. మేము ఈ పరిమితిని జిర్కోనియాతో జట్టుగా చేయడం ద్వారా అవకాశంగా మార్చాము. CO2 అనుబంధం కోసం సరైన సమతుల్యతను కనుగొనడం MgO మరియు ZrO2లను విభిన్న లక్షణాలతో కలపడం ద్వారా ద్రవ-దశ పరమాణు పొర నిక్షేపణ యొక్క శక్తివంతమైన సాధనం ద్వారా మాత్రమే సాధించవచ్చు” అని LPDCలో మాజీ పోస్ట్‌డాక్టోరల్ పరిశోధకుడు మరియు అధ్యయనం యొక్క ప్రధాన రచయిత సియోంగ్మిన్ జిన్ చెప్పారు.
“మేము ఉత్ప్రేరకం పదార్థాన్ని దాని రాగి కంటెంట్‌తో పోల్చినట్లయితే, అప్పుడు మా ఉత్ప్రేరకం వాణిజ్య ఉత్ప్రేరకాల కంటే మరింత చురుకుగా ఉంటుంది. సక్రియ సైట్‌కు మా కార్యాచరణ కూడా ఉన్నతమైనది. ఉత్ప్రేరకం పదార్థం యొక్క బరువుకు మా కార్యాచరణ ఇప్పటికీ వాణిజ్యపరంగా తక్కువగా ఉందని గమనించాలి. సమానమైనవి ఎందుకంటే ఉపరితలంపై ఈ సమూహాలను ఎలా తయారు చేయాలో మనం గుర్తించాలి, అయితే పరమాణు స్థాయిలో కూడా అధిక నియంత్రణను సాధించడం సాధ్యమవుతుందని మేము చూపించాము మరియు ఇది చాలా ముఖ్యమైనదిగా కనిపిస్తుంది అనేక లోహాల కలయికలు లేదా అవకాశాలను అన్వేషించడానికి మార్గాలు” అని లూటర్‌బాచెర్ ముగించారు.
