I ricercatori dell’energia stanno inventando un metallo camaleontico che funziona come molti altri

Gli scienziati dell’Università del Minnesota hanno scoperto un “condensatore catalitico” che apre le porte a nuove tecnologie catalitiche che utilizzano catalizzatori metallici a basso costo per potenti applicazioni come lo stoccaggio di energia rinnovabile, la produzione di combustibili rinnovabili e la produzione di materiali sostenibili. Prestito: Gruppo Dauenhauer, Università del Minnesota

Un team di ricercatori energetici guidati dall’Università del Minnesota Gemini ha sviluppato un dispositivo che converte elettronicamente un metallo in modo che si comporti come un altro da utilizzare come catalizzatore nelle reazioni chimiche. Un dispositivo chiamato “condensatore catalitico” è il primo a dimostrare che materiali alternativi modificati elettronicamente per fornire nuove proprietà possono fornire un’elaborazione chimica più rapida ed efficiente.

L’invenzione apre le porte a nuove tecnologie catalitiche che utilizzano catalizzatori di metalli non preziosi per importanti applicazioni come il risparmio di energia rinnovabile, la produzione di combustibili rinnovabili e la produzione di materiali sostenibili.

Lo studio è pubblicato online JACS Au:, dove è stato selezionato come Editor’s Choice. Il team lavora anche con l’Office of Technology Commercialization dell’Università del Minnesota e ha un brevetto preliminare per il dispositivo.

La lavorazione chimica del secolo scorso si basava sull’uso di sostanze speciali per stimolare la produzione di sostanze chimiche և sostanze che utilizziamo nella nostra vita quotidiana. Molti di questi materiali, come metalli preziosi come rutenio, platino, rodio e palladio, hanno proprietà di superficie elettroniche uniche. Possono agire come metalli o ossidi metallici, rendendoli utili per controllare le reazioni chimiche.

Il grande pubblico ha probabilmente più familiarità con questo concetto in connessione con il crescente furto di convertitori catalitici sulle automobili. I catalizzatori sono preziosi per via del rodio և palladio al loro interno. In effetti, il palladio potrebbe essere più costoso dell’oro.

Questi materiali preziosi sono spesso scarsi in tutto il mondo e sono diventati un grosso ostacolo al progresso tecnologico.

Per sviluppare questo metodo per regolare le proprietà catalitiche di materiali alternativi, i ricercatori hanno basato le loro conoscenze sul comportamento degli elettroni sulle superfici. Il team ha testato con successo una teoria secondo cui l’aggiunta e la rimozione di elettroni a una sostanza potrebbe trasformare un ossido di metallo in qualcosa che imita le proprietà di un’altra.

“Gli atomi non vogliono davvero cambiare il numero dei loro elettroni, ma abbiamo inventato un condensatore catalitico che regola il numero di elettroni sulla superficie di un catalizzatore”, ha detto Paul Dowenhauer, professore di ingegneria chimica di MacArthur. Scienza dei materiali presso l’Università del Minnesota, guidata da un gruppo di ricerca. “Questo apre un modo completamente nuovo per controllare la chimica, per fare in modo che i materiali abbondanti si comportino come materiali preziosi”.

Il dispositivo catalizzatore utilizza una combinazione di membrane nanometriche per spostare e stabilizzare gli elettroni sulla superficie del catalizzatore. Questo design ha un meccanismo unico per combinare metalli և ossidi metallici con grafene per consentire un rapido flusso di elettroni attraverso superfici chimicamente regolabili.

“Utilizzando una varietà di tecnologie a film sottile, abbiamo combinato una pellicola di alluminio su scala nanometrica realizzata con metallo di alluminio a basso costo con il grafene, che siamo stati quindi in grado di adattare per accettare le proprietà di altri materiali”, ha affermato Jia Ming On. Studente post-laurea presso l’Università del Minnesota che ha addestrato e testato condensatori catalitici. “La significativa capacità di regolare le proprietà catalitiche և elettroniche del catalizzatore ha superato le nostre aspettative”.

Il design del condensatore del catalizzatore è ampiamente utilizzato come dispositivo di piattaforma per una varietà di applicazioni di produzione. Questa versatilità deriva dalla sua produzione nanometrica, che include il grafene come ingrediente attivo nello strato superficiale attivo. La potenza del dispositivo di stabilizzazione degli elettroni (o l’assenza di elettroni detti “buchi”) è regolabile dalla diversa composizione del forte strato isolante interno. Lo strato attivo del dispositivo può anche includere qualsiasi materiale catalitico di base con additivi aggiuntivi, che possono quindi essere regolati per ottenere le proprietà di materiali catalitici costosi.

“Consideriamo il convertitore catalitico come una piattaforma tecnologica che può essere utilizzata in una varietà di applicazioni di produzione”, ha affermato Dan Frisby, professore e capo del team di ricerca presso il Dipartimento di ingegneria chimica e scienza dei materiali dell’Università del Minnesota. “Idee di progettazione di base և i nuovi componenti possono essere modificati in quasi tutte le alchimie che possiamo immaginare.”

Il team prevede di continuare la ricerca sui condensatori catalitici applicandoli ai metalli preziosi per la stabilità և questioni ambientali chiave. Sono già in corso diversi progetti paralleli per immagazzinare energia rinnovabile come ammoniaca, per produrre molecole di base in plastica rinnovabile e per pulire i flussi di gas di scarico.


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Informazioni aggiuntive.
Tzia Ming Onn et al, Condensatore catalitico al grafene di allumina per acidi solidi programmabili, JACS Au: (2022). DOI: 10.1021 / jacsau.2c00114:

Fornito dall’Università del Minnesota

Citazione:I ricercatori energetici hanno scoperto il metallo camaleonte, che si comporta come molti altri (9 maggio 2022), scattato il 9 maggio 2022: https://phys.org/news/2022-05-energy-chameleon-metal.html

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