คาร์บอนเป็นทางเลือกที่น่าสนใจเป็นพิเศษสำหรับโลหะมีค่า เช่น แพลตตินั่ม เนื่องจากมีราคาถูก มีจำนวนมาก และสามารถประกอบเป็นโครงสร้างต่างๆ ได้มากมายอะตอมของคาร์บอนสามารถจัดเรียงตัวเป็นแผ่นแบนๆ ที่มีวงแหวนหกเหลี่ยมที่เป็นระเบียบ เช่น ลวดไก่ การรีดแผ่นลวดไก่เหล่านี้หรือที่เรียกว่ากราฟีนลงในท่อกลวงจะทำให้ท่อนาโนคาร์บอนซึ่งแข็งแรงกว่าเหล็กสำหรับน้ำหนัก แต่โครงสร้างที่มีคาร์บอนอย่างเดียวไม่ได้สร้างตัวเร่งปฏิกิริยาที่ดี
Huixin He นักเคมีจาก Rutgers University ในเมือง Newark
รัฐนิวเจอร์ซีย์ กล่าวว่า “กราฟีนที่บริสุทธิ์จริงๆ ไม่ได้เร่งปฏิกิริยาในการเร่งปฏิกิริยา แต่การแทนที่อะตอมของคาร์บอนบางส่วนในโครงร่างด้วยไนโตรเจน ฟอสฟอรัส หรืออะตอมอื่นๆ จะเปลี่ยนวิธีการกระจายประจุไฟฟ้าไปทั่ว วัสดุ. และนั่นสามารถทำให้คาร์บอนมีพฤติกรรมเหมือนโลหะมากขึ้น ตัวอย่างเช่น อะตอมของไนโตรเจนที่โปรยลงมาเหมือนช็อกโกแลตชิปในโครงสร้างคาร์บอนจะดึงอิเล็กตรอนที่มีประจุลบออกจากอะตอมของคาร์บอน อะตอมของคาร์บอนจะมีประจุเป็นบวกมากขึ้น ทำให้น่าสนใจยิ่งขึ้นต่อปฏิกิริยาที่ต้องการการสะกิด
การเคลื่อนที่ของประจุไฟฟ้านั้นเป็นข้อกำหนดเบื้องต้นสำหรับวัสดุที่จะทำหน้าที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา Dai ผู้บุกเบิกการพัฒนาตัวเร่งปฏิกิริยาที่ปราศจากโลหะเป็นส่วนประกอบจากคาร์บอนกล่าว กลุ่มแล็บของเขาแสดงให้เห็นในปี 2552 ในScienceว่ากลุ่มของท่อนาโนคาร์บอนที่มีไนโตรเจนในแนวตั้งเรียงกันในแนวตั้ง เช่น สปาเก็ตตี้ดิบๆ หนึ่งกำมือ สามารถยืนหยัดเพื่อแพลตตินัมเพื่อช่วยแยกออกซิเจนภายในเซลล์เชื้อเพลิง
คาร์บอนแล้วบางส่วน
โดยตัวมันเอง คาร์บอนไม่ใช่ตัวเร่งปฏิกิริยาที่ดี แต่การผสมองค์ประกอบอื่นๆ (ซ้าย) และการเปลี่ยนโครงสร้างสามมิติ (ขวา) ทำให้เกิดพลังใหม่ นักวิทยาศาสตร์สามารถเปลี่ยนแปลงพารามิเตอร์เหล่านี้เพื่อออกแบบตัวเร่งปฏิกิริยาคาร์บอนที่เหมาะสมกับสถานการณ์ต่างๆ
ไดอะแกรมตัวเร่งปฏิกิริยา
อี. ออตเวลล์
ที่มา: X. Liu, L. Dai / Nature Review Materials 2016
เพื่อให้เทคโนโลยีสมบูรณ์แบบ ซึ่งเขาได้จดสิทธิบัตรแล้ว Dai ได้แลกเปลี่ยนอะตอมต่างๆ ในรูปแบบต่างๆ และทดลองกับโครงสร้างคาร์บอนต่างๆ ตัวเร่งปฏิกิริยาควรเป็นแผ่นกราฟีนแบบแบนหรือป่าของท่อนาโนที่ม้วนขึ้นหรือเป็นลูกผสมของทั้งสองอย่างหรือไม่? มันควรจะมีเพียงไนโตรเจนและคาร์บอนหรือ smorgasbord ขององค์ประกอบอื่นด้วยหรือไม่? คำตอบขึ้นอยู่กับแอปพลิเคชันเฉพาะ
ในปี 2015 ในScience Advances Dai ได้แสดงให้เห็นว่าท่อนาโนที่มีไนโตรเจนเป็นส่วนประกอบทำงานในเซลล์เชื้อเพลิงที่มีกรด ซึ่งเป็นหนึ่งในการออกแบบที่มีแนวโน้มมากที่สุดสำหรับรถยนต์ไฟฟ้า
นักวิจัยคนอื่นกำลังเล่น riffs ของตัวเองในแนวคิดคาร์บอน ในการผลิตโครงสร้างที่เป็นระเบียบของกราฟีนนั้นต้องการเพียงอุณหภูมิที่เหมาะสมและสภาวะปฏิกิริยาจำเพาะ วัสดุคาร์บอนอสัณฐาน – ซึ่งอะตอมจะจับกลุ่มกันแบบสุ่ม – สามารถทำได้ง่ายกว่า Rutgers ‘เขากล่าว
ในการทดลองหนึ่ง ทีมของ He เริ่มต้นด้วยกรดไฟติกเหลว สารที่ทำจากคาร์บอน ออกซิเจน และฟอสฟอรัส การไมโครเวฟของเหลวเป็นเวลาน้อยกว่าหนึ่งนาทีจะเปลี่ยนเป็นผงสีดำเขม่าที่เธออธิบายว่าเป็นทรายที่เหนียวเหนอะหนะ
“กรดไฟติกดูดซับพลังงานไมโครเวฟอย่างมากและเปลี่ยนเป็นความร้อนอย่างรวดเร็ว” เธอกล่าว ความร้อนจะจัดเรียงอะตอมใหม่ให้เป็นโครงสร้างคาร์บอนที่คลาดเคลื่อนซึ่งมีอะตอมของฟอสฟอรัส เช่นเดียวกับอะตอมไนโตรเจนในท่อนาโนของ Dai อะตอมของฟอสฟอรัสเปลี่ยนการเคลื่อนที่ของประจุไฟฟ้าผ่านวัสดุและทำให้มันมีปฏิกิริยาเร่งปฏิกิริยา เขาและเพื่อนร่วมงานรายงานเมื่อปีที่แล้วในACS Nano
ตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีกรดไฟติกเป็นส่วนประกอบหลักสามารถช่วยให้เคลื่อนที่ไปตามรูปแบบพลังงานสะอาดรูปแบบต่างๆได้: มันเร่งปฏิกิริยาที่เปลี่ยนโมเลกุลขนาดใหญ่ที่ยากต่อการใช้งานที่พบในเซลลูโลส ซึ่งเป็นส่วนประกอบที่แข็งแรงและเป็นไม้ของพืช เป็นสิ่งที่สามารถทำได้ ทำปฏิกิริยากับโมเลกุลอื่น แล้วผลิตภัณฑ์นั้นก็สามารถนำมาใช้ทำเชื้อเพลิงหรือสารเคมีอื่นๆ ได้ เขายังคงปรับแต่งตัวเร่งปฏิกิริยาเพื่อให้ทำงานได้ดีขึ้น
อนุภาคของตัวเร่งปฏิกิริยาจะปะปนกับปฏิกิริยาเคมี (และต้องกรองออกในภายหลัง) โครงสร้างคาร์บอนที่สับสนมากขึ้นเหล่านี้ที่มีไนโตรเจนหรือฟอสฟอรัสโปรยปรายสามารถทำงานในเซลล์เชื้อเพลิงได้เช่นกัน และเธอบอกว่า พวกมันสร้างได้ง่ายกว่ากราฟีน
credit : 1stebonysex.com 4theloveofmyfamily.com actuallybears.com affinityalliancellc.com agardenofearthlydelights.net albanybaptistchurch.org americantechsupply.net andrewanthony.org anonymousonthe.net armenianyouthcenter.org
