Вченим вдалося вперше побачити хімічну реакцію в режимі реального часу

Надкороткі і сверхінтенсівні імпульси рентгенівського випромінювання, що виробляються джерелом LCLS (Linac Coherent Light Source) дозволили вченим здійснити зйомку процесів і хімічних реакцій, що відбуваються на поверхні каталізатора в режимі реального часу. Таке досягнення є важливим кроком до розуміння тонкощів що відбуваються в природі хімічних процесів, що може відкрити шлях до створення нових матеріалів, технологій, більш ефективних і екологічно чистих джерел енергії та енергоносіїв.

Учені з Національної лабораторії лінійних прискорювачів (SLAC National Accelerator Laboratory) американського Міністерства енергетики (US Department of Energy, DOE) використовували надкороткі імпульси рентгенівського випромінювання джерела LCLS для зйомки процесів, що відбуваються на поверхні каталізатора. Потім ці дані були пропущені через комп’ютер і оброблені алгоритмами складної математичної моделі, що дозволило виявити деякі дивовижні деталі ранніх стадій хімічної реакції, існування яких стало повною несподіванкою. Подібні дослідження дозволять вченим розібратися у всіх тонкощах роботи каталізаторів і відкриють нову еру в області хімічних досліджень.

Відомо, що каталізатори можуть прискорити хімічні реакції певного типу, а деякі хімічні реакції взагалі йдуть лише у присутності каталізатора. Докладні знання структури і принципів дії каталізаторів дуже важливі для деяких галузей промисловості, особливо при виробництві багатьох хімічних сполук, де використання каталізаторів дозволить збільшити ефективність виробництва і уникнути викидів шкідливих відходів у навколишнє середовище.



"Вивчення роботи каталізаторів в надшвидкісних масштабах часу з молекулярною точністю дуже важливо для організації виробництва нових видів синтетичного палива, вартість виробництва якого може бути істотно зменшена, для створення альтернативних джерел енергії, які не забруднюють навколишнє середовище" - розповів Андерс Нільсон (Anders Nilsson), заступник директора Стенфордського університету і керівник наукового центру SLAC SUNCAT Center for Interface Science and Catalysis.

Проводячи свої експерименти, вчені вивчали хімічну реакцію з участю чадного газу (CO), що проходить на поверхні кристала рутенію, досить відомого і вивченого каталізатора. На поверхню кристала був сфокусований промінь лазера, який дозволяв утримувати молекули газу на деякій відстані від поверхні. Після цього, використовуючи надкороткі імпульси рентгенівського випромінювання, вчені досліджували цей "прикордонний" стан каталітичної реакції, в якому молекули газу ще продовжували існувати як газ, але деякі з них вже були спіймані в пастку і починали взаємодіяти з каталізатором.

"Ми навіть не очікували побачити таке незвичайне стан хімічної реакції і взаємодії газу з матеріалом каталізатора" - розповів Нільсон, - "Це стало для нас великим сюрпризом".

Крім того, що даний експеримент став першим експериментом, що дозволив в режимі реального часу вивчити початкові стадії каталітичної хімічної реакції, він також показав ученим, що кількість молекул газу і час їх утримання в "пастці" каталізатора, набагато перевищили значення, які очікували одержати вчені. Такі несподівані результати підняли ряд нових питань про взаємодію хімічних речовин на рівні атомів, які будуть вивчатися під час майбутніх досліджень.

Рекомендувати цей матеріал
X




забув пароль

реєстрація

X

X

надіслати мені новий пароль