ईपीएफएल के रासायनिक इंजीनियरों ने धातु क्लस्टर बनाने का एक तरीका विकसित किया है – लगभग परमाणु परिशुद्धता के साथ – एक ऐसी विधि में जिसमें उत्प्रेरक में सुधार करने और कार्बन डाइऑक्साइड को मेथनॉल जैसे उच्च मूल्य वाले रसायनों में बदलने सहित रासायनिक प्रतिक्रियाओं में तेजी लाने की क्षमता है।
कार्बन डाइऑक्साइड जैसी ग्रीनहाउस गैसों को मेथनॉल जैसे उच्च मूल्य वाले रसायनों में बदलने के लिए प्रेरित होकर, ईपीएफएल के रासायनिक इंजीनियरों ने उत्प्रेरक बनाने के लिए एक नई विधि विकसित की है। उत्प्रेरक रासायनिक उद्योग में प्रमुख उपकरण हैं और बड़े पैमाने पर पेट्रोकेमिकल बनाने के लिए बनाए जाते हैं। इस पद्धति में, उन्होंने लगभग परमाणु परिशुद्धता के साथ – ठोस समर्थन पर धातु समूहों का निर्माण करने का एक तरीका विकसित किया है जिसमें उत्प्रेरक गतिविधि में सुधार करने की क्षमता है। परिणाम प्रकाशित किये गये हैं प्रकृति उत्प्रेरण।
ईपीएफएल की सस्टेनेबल एंड लैबोरेटरी के प्रोफेसर जेरेमी ल्यूटरबैकर कहते हैं, “आप प्रति उत्प्रेरक प्रति समय जितना संभव हो उतना उत्पाद तैयार करना चाहते हैं, और हमने पाया है कि जब एक उत्प्रेरक लगभग परमाणु परिशुद्धता के साथ तैयार किया जाता है, तो आपको अधिक सक्रिय सामग्री मिलती है।” उत्प्रेरक प्रसंस्करण. “यह तकनीक नवीकरणीय मेथनॉल के उत्पादन के लिए हाइड्रोजन गैस के साथ कार्बन डाइऑक्साइड जैसी कठिन प्रतिक्रियाओं के लिए विशेष रूप से दिलचस्प है।”
उत्प्रेरकों के बारे में थोड़ा
यद्यपि वे उद्योग में सर्वव्यापी हैं, हम आमतौर पर अपनी कार के टेलपाइप में ठोस उत्प्रेरक के साथ बातचीत करते हैं। वहां, एक उत्प्रेरक कनवर्टर ईंधन के दहन से निकलने वाले निकास को लेता है और हवा में छोड़े गए जहरीले प्रदूषकों की मात्रा को कम करने में मदद करता है। कार का इंजन विशेष रूप से कार्बन मोनोऑक्साइड (सीओ) उत्पन्न करता है, जो एक गंधहीन और रंगहीन जहरीली गैस है, जो उच्च सांद्रता में, साँस लेने पर बीमारी और मृत्यु का कारण बन सकती है। कक्ष के अंदर एक उत्प्रेरक होता है, जो आमतौर पर सस्ते ठोस पर छोटे प्लैटिनम या पैलेडियम कणों से बना होता है। यह धातु हवा और कार्बन मोनोऑक्साइड जैसे प्रदूषकों को बांधती है, और उन्हें हवा में कम जहरीली कार्बन डाइऑक्साइड (सीओ2) गैस उत्पन्न करने के लिए प्रतिक्रिया करने में मदद करती है।
“उच्च तापमान पर उत्प्रेरक के बिना एक प्रतिक्रिया हो सकती है। उदाहरण के लिए, कार्बन मोनोऑक्साइड को लौ में जलाने से कार्बन मोनोऑक्साइड और ऑक्सीजन के एक साथ टकराकर कार्बन डाइऑक्साइड बनाना संभव हो जाता है क्योंकि वे इतने गर्म होते हैं कि टकराव पर्याप्त रूप से शक्तिशाली होता है। ,'' ल्यूटरबैकर बताते हैं। “उत्प्रेरक के साथ, कार्बन मोनोऑक्साइड और ऑक्सीजन एक धातु की सतह से बंधे होते हैं और वे कम तापमान पर टकराने के बावजूद प्रतिक्रिया कर सकते हैं। ऐसा लगता है जैसे वे उत्प्रेरक की सतह पर आइस-स्केटिंग कर रहे हैं और सतह उनके बीच परिवर्तन में मदद करती है प्रदूषक और अभिकारक साथ-साथ।”
भविष्य के उत्प्रेरकों को कार्बन डाइऑक्साइड, एक ग्रीनहाउस गैस जो हमारे ग्रह पर नवीकरणीय कार्बन का सबसे बड़ा स्रोत है, को मेथनॉल जैसी उच्च मूल्य वाली गैसों में बदलने में सक्षम होने की आवश्यकता है। यह प्रक्रिया एक रासायनिक प्रतिक्रिया में होती है जिसे हाइड्रोजनीकरण कहा जाता है, यह एक कठिन प्रतिक्रिया है क्योंकि यह मेथनॉल के अलावा कई चीजों का उत्पादन कर सकती है। ऐसा उत्प्रेरक बनाना जो अन्य उत्पाद बनाए बिना कार्बन डाइऑक्साइड को तेजी से मेथनॉल में बदलने के लिए पर्याप्त सक्रिय हो, एक महत्वपूर्ण चुनौती है।
उत्प्रेरक की सटीक परत
एक ठोस उत्प्रेरक बनाने के लिए, अभिकारक के साथ संपर्क को अधिकतम करने के लिए, एक धातु कण को छिद्रपूर्ण पाउडर जैसे उच्च सतह क्षेत्र वाले पदार्थ के ऊपर जमा किया जाता है।
ल्यूटरबैकर और उनकी टीम को आश्चर्य हुआ कि क्या वे उत्प्रेरक संरचना को सटीक रूप से नियंत्रित करके प्रतिक्रियाओं को नियंत्रित और तेज कर सकते हैं, विशेष रूप से सामग्री की सही मात्रा का चयन करके यह निर्धारित करने के लिए कि अभिकारक उत्प्रेरक से कितनी मजबूती से बंधेंगे। उन्होंने पिछले शोध में पाया था कि वे ठोस समर्थन पर परमाणु परिशुद्धता के साथ धातुओं के द्वीपों को जमा कर सकते हैं, तरल-चरण परमाणु परत जमाव (एएलडी) नामक एक विधि, प्रतिक्रिया को सक्षम करने के लिए सटीक उत्प्रेरक सक्रिय साइट बनाने के लिए बिल्कुल सही है।
वास्तव में, इन छोटे द्वीपों या कई धातुओं के समूहों को लगभग परमाणु परिशुद्धता के साथ जमा करने से ईपीएफएल टीम को कार्बन डाइऑक्साइड को उन दरों पर हाइड्रोजनीकृत करने की अनुमति मिली जो समान संरचना के उत्प्रेरक की तुलना में दस गुना अधिक थी लेकिन इस नियंत्रण के बिना बनाई गई थी। उन्होंने समर्थन के रूप में मैग्नीशियम ऑक्साइड का उपयोग किया, जो आमतौर पर प्रतिक्रियाशील होने के लिए कार्बन डाइऑक्साइड को बहुत कसकर बांधता है, और उन्होंने छोटे ज़िरकोनिया द्वीप जमा किए, जो एक ऐसी सामग्री है जो आमतौर पर कार्बन डाइऑक्साइड को बहुत हल्के ढंग से बांधती है। फिर, उन्होंने हाइड्रोजन को बांधने के लिए तांबा मिलाया। जब उन्हें बिल्कुल सही अनुपात में एक साथ रखा गया, तो ऐसा लगा कि उनके पास बहुत सारा मेथनॉल जल्दी से बनाने के लिए सही मिश्रण है और कुछ भी कम।
“मैग्नीशियम ऑक्साइड को CO2 कैप्चर के लिए एक स्थिर सामग्री के रूप में व्यापक रूप से मान्यता प्राप्त है, लेकिन CO2 के लिए इसकी मजबूत आत्मीयता ने उत्प्रेरक समर्थन के रूप में इसके उपयोग को सीमित कर दिया है। हमने इसे ज़िरकोनिया के साथ जोड़कर इस सीमा को एक अवसर में बदल दिया है। CO2 आत्मीयता के लिए इष्टतम संतुलन ढूँढना एलपीडीसी के पूर्व पोस्टडॉक्टरल शोधकर्ता और अध्ययन के प्रमुख लेखक सेओंगमिन जिन कहते हैं, “अलग-अलग गुणों के साथ एमजीओ और जेडआरओ2 का संयोजन केवल तरल-चरण परमाणु परत जमाव के शक्तिशाली उपकरण के माध्यम से प्राप्त किया जा सकता है।”
“अगर हम उत्प्रेरक सामग्री की मात्रा की तुलना उसके तांबे की सामग्री से करते हैं, तो हमारा उत्प्रेरक वाणिज्यिक उत्प्रेरक से भी अधिक सक्रिय है। प्रति सक्रिय साइट पर हमारी गतिविधि भी बेहतर है। यह ध्यान देने योग्य है कि उत्प्रेरक सामग्री के प्रति वजन के अनुसार हमारी गतिविधि अभी भी वाणिज्यिक उत्प्रेरक से कम है समतुल्य क्योंकि हमें यह पता लगाने की आवश्यकता है कि सतह पर इन समूहों को और अधिक कैसे बनाया जाए, लेकिन हमने दिखाया है कि परमाणु स्तर पर भी बहुत उच्च नियंत्रण प्राप्त करना संभव है, और यह नियंत्रण बहुत महत्वपूर्ण प्रतीत होता है धातुओं या संभावनाओं के कई संयोजनों का पता लगाने के रास्ते,” ल्यूटरबैकर ने निष्कर्ष निकाला।
