Catalysts הם מעשי העבודה הלא-מרוסיים של הכימיה המודרנית, המאפשרים ייצור של דלקים, תרופות, פלסטיק, ופרישנים בקנה מידה תעשייתי, יכולתם להאיץ תגובות כימיות מבלי לצרוך אותם הכרחיים במשך עשרות שנים, המיקוד של זרז עיצוב על פני השטח - זהות ויחס של אלמנטים הנוכחי, הבנה עמוקה יותר התפתחה: LTF: 3, במיוחד מבנה אטומי של תפקודים (Frectivetiversal) הוא לעתים קרובות יותר מאשר אטומי של תפקודים (אפקטים)

הבנה של מחסומים: סוגים ומבנה אטומי

בקריסטל אידיאלי, אטומים מסודרים בצורה מושלמת, חוזר על עצלנים בעולם האמיתי הם אף פעם לא מושלם. פני השטח שלהם מכילים מגוון של פגמים מבניים שהם בלתי נמנעים יחסית. פגמים אלה אינם רק פגמים אקראיים - הם אתרי תיאום ייחודי ומדינות אלקטרוניות.

  • (ב) אטומים:0 (Vacancies): 1FLT:1 אטומים חסרים במבצר פני השטח.אלה משאירים אתרי תיאום בלתי רוויים שיכולים להיות מולקולות מגיבות בחריפות.
  • (FLT:0)sStep and Terraces: 1FLT:1 מדרגות אטומיות הם מובלים בין טרסות שטוחות. אטמים בשוליים יש פחות שכנים (תיאום נמוך יותר) ולעתים קרובות מציגים תגובה גבוהה יותר מאשר אטומי מרפסות.
  • (ב) ⁇ :0) אתרי אינטרנט שבהם מפנה קצה צעד.אטומי קינק מתואמות אפילו פחות ויכולים לפעול כמרכזים פעילים במיוחד.
  • (ב) אטומים:0 (ב) אטומים נוספים יושבים מעל פני השטח, ולא בעמדות לנטייה.
  • (ב) [15] ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (FLT:0)Grain Boundaries:FLT:1PSK Interfaces בין גבישים בחומרים פוליקליים.גבולות אלה מארחים מגוון של מבנים פגומים שיכולים להקל על דיפוזיה ותגובה.

חשוב לציין, פגמים אינם סטטיים.הם יכולים להגר, להתאסף, או להירפא בתנאים התגובהיים.משטח זרז בסביבה מגיבה הוא נוף דינמי שבו פגמים נוצרים ללא הרף והושמדה.

מכניזם של Reactivity מוגברת

Reactivity - השיעור שבו מגיבים מומרים למוצרים - נשלט על ידי מחסום האנרגיה הפעלה. פגמים על פני השטח להפחית את המחסום באמצעות כמה מנגנונים נפרדים.

שינוי מבנה אלקטרוני

באתר פגם, הצפיפות האלקטרונית המקומית של מדינות משתנה.לדוגמה, ריקנות על משטח מתכת תחמוצת משאירה מאחור cations מתכת מתואם עם d-orbitals מלא חלקית.החלים האלה יכולים להכליל חזק יותר עם המסלולים המולקולריים של מודעות מפרסומות, לייצב את מצב המעבר.

אפקטים גיאומטריים ויצירה פעילה של אתר

Defects ליצור אתרים עם סידורים גיאומטריים ספציפיים התואמים את המבנה של אמצעי התגובה העיקריים.לדוגמה, “FLT:0 TERFLT:1 על פני השטח פלטינה ידועה להיות פעיל הרבה יותר עבור שוברת אג"ח O-H מאשר מרפסת שטוחה הוא.הצעד מספק "שטח נחיתה" שבו מולקולה מים יכול במקביל להתחבר לשני אטומים - אחד על הצעד, אחד על המרפסת התחתונה - להפוך את המולקולות יותר קל יותר, לא יכול להתאים באופן דומה.

המונחים: Reactive Intermediates

מחזורים קטליטיים רבים כרוכים ב ביניים לא יציבים כגון רדיקלים או מינים מתוחים מאוד. Defects יכול לעגן את ביניים אלה, למנוע את הפירוק בטרם עת שלהם ולתת להם זמן להגיב יותר. vacancies ב ceria (CeO2), לדוגמה, אטומי חמצן מלכודות מן הנקה, יצירת מינים תגובתיים שמשתתתתתתפים בתגובות חמצון.

מכניזם של אפשרויות משופרות

בעוד זרז תגובתי יותר עשוי להיראות תמיד רצוי, זרז לא סלקטיבי לייצר מוצרים לא רצויים.סלקטיביות היא היכולת לנווט תגובה לעבר מוצר ספציפי. פגמים על פני השטח הם דירקטורים סלקטיאליים חזקים כי הם יוצרים סביבות מקומיות המעדיפים מסלולים תגובה מסוימים על פני אחרים.

סודיות ומודעות גאומטריה

אתר פגם יכול לכפות מולקולות למודעות מונורב באוריינטציה מסוימת.לדוגמה, על משטח מתכת שטוח, פחמימן לא רווי עלול לשקר שטוח, המאפשר לכל האג"ח להיות מימן.אבל בקצה מדרגות, אותה מולקולה עשויה להתחבר בסופו של דבר, מעדיף מימן רק קבוצה פונקציונלית אחת.זה קריטי במימן הסלקטיבי של אלקנס אלמוני, שבו over-hydration tokenes to be ampenes הוכחוגנית יש להימנע מכמה על ידי אדפטומטרה.

המדינות הקיימות

ברשת תגובה עם מסלולים אפשריים מרובים, הזרז חייב להוריד את אנרגיית ההפעלה עבור הנתיב הרצוי יותר מאשר תגובות צד. Defects יכול לייצב באופן ייחודי את מצב המעבר של המוצר הרצוי.לדוגמה, ב- Fisher-Tropsch סינתזה של הידרוקרבנים מ-Syngas, כמה פגמים משטח cobalt לטובת C-C הפיכה מעל היווצרות של פגם של פגם של פגם האטומים של מבנה C-C תומך.

Acid-Base Properties Modulated על ידי Defects

ב oxide ו zeolite זרז, פגמים פני השטח לשנות את האופי חומצי או בסיסי של אתרים פעילים. a חמצן פנוי על תחמוצת פחמן יוצר אתר חומצה לואיס (התחמת מתכת חשוף), בעוד פגם הידרוקסיל (קבוצת OH מגרד) יכול לפעול כחומצה Brønsted. על ידי כוונון וריכוז, החוקרים יכולים לשלוט אם הזרז כמו בסיס או בסיס, תצוגות הוא קריטי, הוא תגובה אופטימיזציה זה הוא קריטי.

טכניקות לזיהוי פנים

כדי להבין ולנצל פגמים, מדענים חייבים קודם כל לראות אותם.כלים מודרניים מתקדמים באופן דרמטי, מציעים פתרון בקנה מידה אטומי.

סורק Probe Microscopy

(ב) [15] ,0) מנהרת מנהרה מיקרוסקופיה (STMIRFLT) 1 ו- (FLT:2Atomic Force Microscopy (AFM) LT 3 יכול לצלם אטומים בודדים וvacancies על משטחים מוליכים.STM חשף את המיקום המדויק של נקודות מדרגות ו-Kkk אתרים על פלטינה וסידור של vacancy on tiLTia הם לעתים קרובות עם פגמים דינמיים.

טכניקות ספציפיות

(ב) [13]:0) צילום תמונה של Photoelectron Spectroscopy (XPS) 1FLT:1 מזהה שינויים במדינות אלקטרוניות הנגרמות על ידי פגמים. A Peak Shift to low מחייבת אנרגיה לעתים קרובות מצביע על מצב חמצון מופחת, נפוץ באתרי פגם.FLT:2Electron Paramagnetic Resonance (EPR)Fillo 3 רגיש לאלקטרומגנטיות מופחתות, מה שהופך אותו אידיאלי עבור פגמים קיצוניים כגון:

מודלים

חישובים:0 (DFT)Ratual Theory (DFT)BuildFLT:1) נעשו הכרחיים.הם מודל האנרגטיים של מודעות ותגובה באתרי מודל פגומים.על ידי השוואת תחזיות תיאורטיות עם תוצאות ניסיוניות, החוקרים יכולים לזהות אילו פגמים הם הפעילים ביותר. Machine למידה עכשיו מאיצה תהליך זה על ידי בדיקת אלפי תצורה אפשרית.

הנדסה על פני השטח Defects for Tailored Catalysis

המטרה הסופית היא לא רק להבין פגמים אלא ליצור זרזים עם אוכלוסיות פגומות מבוקרות בדיוק.

שיטות סינתזה

(ב) [15] טיפול נמרץ (באווירה מבוקרת) יכול ליצור או לרפא פגמים. אנליז בצמצום הגז (ראה:2; לדוגמה, ⁇ ) באטמוספירה מבוקרת יכול ליצור או לרפא פגמים.

לעשות ו-Alloying

היכרות עם אלמנט שני (dopant) יכולה לייצב פגמים כי אחרת יהיה אפסי. אטומי דונט נבחרים לעתים קרובות יש רדיוס אטומי שונה או valence, גרימת מתח והפרעות אלקטרוניות. ב ceria, doping עם zirconium (Zr) מגביר ריכוז חמצן ריקבון ויציבות תרמית, שיפור ביצועים קטליטיים עבור ניקוי מפלט רכב.

המונחים: Hierarchical Structuring

ניתן להתרכז על פני השטח של חלקיקים, אשר יש יחסי פני השטח גבוהה ל- כרכים ולהציג באופן טבעי אתרי קצה ופנינה רבים.יתר על פני השטח של nanoparticles, אשר יש להם יחס גבוה יותר (0meso ⁇ FLT:1 זרזים עם אזורי משטח גבוהים יותר לאפשר יותר אתרי פגם להיחשף. תומך חלקיקים על הפיגפיים פגומים (כמו תחמוצת גרף מופחת) יכול ליצור מומים פגום.

מחקרים: Defect-Driven Catalysis in Action

הידרוגנזה של מימן בלתי רווי

מימן סלקטיבי של אצטילין ethylene הוא תהליך תעשייתי לטהר זרמי ethylene לייצור פוליאתילן. זרזי חתלתול האמנה נוטים over-hydrogenate, לייצר את ethane. Studies באמצעות STM ו DFT הראו כי FLT:0 זרזי נתרן עם שפע של פגמים צעד 1LT על פני השטח (111), באמצעות אתרי נחושת צלולים אלה, למנוע אטומים חלקה יותר.

Ammonia Synthesis Over Ruthenium

Ammonia סינתזה (Haber-Bosch) בדרך כלל משתמשת ברזל, אבל זרזי ruthenium פעילים יותר בטמפרטורות נמוכות יותר. זרזי Ruber-Bosch הטובים ביותר נתמכים על חומרים פחמן פגומים מאוד כמו צינורות פחמן עם dopants חנקן.The FLT:0nitrogen-FLT:1 בתמיכה פחמן ליצור אינטראקציות אלקטרוניות חזקות עם חלקיקים, היכולת שלהם להפוך את התגובה חנקנית של פחמן דו-נטרופית של פחמן-נטרופית של פחמן-נכולה.

Oxidative Dehydrogenation על Oxide

(ההמירה אלקנס לאלקנס (Ofins) חיונית לייצור פלסטיק.הסידורים של MoVTeNbOx משכה תשומת לב לסלקטיביות הגבוהה שלה בהמירת propane to propylene.האתרים הפעילים הם האמינו להיות (FLT:0surface חמצן vacancy FLT:1 על מטוסים גבישיים ספציפיים (שלב M1 80%) הראו כימות מימן מופשטת, אך מונעים ממולקולות אלה של ריכוז, אך ורקדמן, אך ורק מ-Fivird.

Defects in non-Metallic Catalysts: The Role of Carbon and 2D Materials

הנדסת Defect אינה מוגבלת למתכות ו- תחמוצות.זרזים מבוססי פחמן - graphene, ננו-נופי פחמן ו- Carbon nitrides - תנו את הפעילות הקטליטית שלהם במידה רבה לפגמים מבניים. אתרי חנקן Pyridinic בגרפן חנקן, הם למעשה FLT:0 Carbon vacancy vacancy 1FLT:1 מוקף אטומים פעילים אלה להפחתה של תאים מסוכנים, כמו כן; 2.

כיוונים עתידיים ואתגרים

(ה) התחום של שיתוק פגם מתקדם במהירות, אך אתגרים נותרים: נושא עיקרי אחד הוא ה- FLT:0stabilityph:1 של פגמים בתנאים התגובה. פגמים רבים הם מטבוליים תרמודינמית ועשויים להתרחק מטמפרטורות גבוהות או בסביבות reactive.com כדי לנעול פגמים כוללים שימוש במינים ניידים או באמצעות מומים כימיים אחרים.

במבט קדימה, השילוב של התפלגות פגמים:0 [xhine LearningofLT:1] ו- high-byput DFT יאפשר לחוקרים לחזות אילו תצורות פגומות הן המבטיחות ביותר עבור תגובה נתונה. Libraries of potential Structure Structures can beוקרן באופן חישובי, להפחית באופן דרסטי את הזמן מגילוי ליישום.

כמו כן, עלינו להבין טוב יותר כיצד פגמים אינטראקציה אחד עם השני.התמדה אחת לא יכולה להיות האתר הפעיל; במקום זאת, מודל מתפתח מתייחס לזרז כרכב של אתרי פגם שיתופי פעולה, ולא תכונות מבודדות זו תהיה חיונית עבור זרז תעשייתי או פעולה יכול להיות נחוץ.

מסקנה

פגמים פני השטח הם הרבה יותר מאשר פגמים קטנים - הם הנהג של ביצועים קטליטיים רבים של התגובות החשובות ביותר.מפרי מדרגות פלטינה שמפוצל מים לנקמיות חמצן ב ceria כי חמצון מזהמים, פגמים לספק את הסביבות האטומיות הייחודיות רמות הפעלה נמוכות יותר ובחירתיות בר קיימא.היכול לאפיין, להבין, ובסופו של דבר מהנדס פגמים אלה הפך קטליזה מן האמנות אמפירית לתוך מדע גלקטיקטיבית מדויק, כמו שיטות חישוביות מתקדמות:

שם מקור:0.10.10.10.10

  • (ב) עיין בכימיה של הטבע בהנדסת פגם ב-NanocatalysisFLT 1
  • (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇