Новости химической науки > Микроскоп следит за поведением катализатора

Об еще одной методике слежения за протеканием процессов на поверхности гетерогенного катализатора на этой неделе сообщают исследователи из Нидерландов. Исследователи использовали рентгеновскую микроскопию для изучения каталитической реакции Фишера-Тропша. Новая технология позволит лучше понять механизм гетерогенного катализа и разработать более эффективные катализаторы.

Новая методика позволяет построить контурные карты, на которых отмечен состав катализатора (слева) и зоны, в которых образуется большая часть углеводородов (справа). (Рисунок из Nature, 2008, DOI: 10.1038/nature07516)

Гетерогенный катализ широко применяется во многих промышленных процессах. Обычно гетерогенные катализаторы представляют собой наноразмерные частицы металлов или оксидов металла, помещенные на твердую подложку. Однако, в ходе протекания реакции катализатор может подвергаться структурным и химическим изменениям, поэтому слежение за процессами, протекающими с катализатором в процессе реакции может подсказать, как повысить эффективность катализа. Однако, проводить такое исследование в условиях температур и давлений, характерных для промышленных процессов, достаточно сложно.

Исследователи под руководством Франка де Гроота (Frank de Groot) из Университета Уртрехта преодолели сложности, возникающие при изучении каталитических систем в реальных условиях, создав модельный микрореактор. Исследователи полагают, что они первыми провели изучение того, как работает гетерогенный катализатор на наноуровне.

В «нанореакторе» Де Гроота процесс протекает в пространстве 10 мкм между двумя смотровыми окошками. Такое устройство позволяет рентгеновскому излучению проходить через реактор и попадать в детектор, делая «кадры» протекающей каталитической реакции. Энергия рентгеновского излучения, поглощаемая катализатором, реагентами и продуктами позволяет определить их химический состав. Исследователи смогли изучить поведение поверхности железооксидных катализаторов, иммобилизованных на оксиде кремния, при протекании реакции Фишера-Тропша с разрешением около 40 нм.

Было обнаружено, что в ходе каталитической реакции оксид подвергается химическим изменениям. Так, первоначально происходит переход Fe₂O₃ в Fe₃O₄, после этого образуются силикаты железа Fe₂SiO₄ и металлическое железо, которое могут превращаться в карбиды Fe_xC_y. Соотнося строение катализатора в разных областях с образующимися на нем органическими продуктами, исследователи показали, что большая часть органики аккумулируется в областях катализатора, богатых металлическим железом.

Источник: Nature, 2008, DOI: 10.1038/nature07516

метки статьи: #химия полимеров