Veelzijdige superstructuren bestaande uit nanodeeltjes zijn onlangs bereid met behulp van verschillende demontagemethoden. Echter, er is weinig informatie bekend over hoe de structurele demontage de katalytische prestaties van de materialen beïnvloedt. Scientia-professor Rose Amal, Onderzoeksmedewerker Hamid Arandiyan van de vice-kanselier en een groep van de Particles and Catalysis Research Group van de University of New South Wales (UNSW) School of Chemical Engineering hebben hun onderzoek over dit onderwerp gepubliceerd in Natuurcommunicatie .

Het onderzoeksteam onder leiding van dr. Jason Scott en prof. Sean Smith heeft in samenwerking met de Curtin University en de Beijing University of Technology een methode ontwikkeld waarmee ze kristallen kunnen maken met een groot deel van de reactieve facetten. Een geordende mesogestructureerde La0.6Sr0.4MnO3 (LSMO) perovskietkatalysator werd gedemonteerd met behulp van een unieke fragmentatiestrategie, waarbij de nieuw blootgestelde (001) reactieve vlakken bij elke breuk reactiever waren ten opzichte van methaanoxidatie dan de reguliere (d.w.z. vóór demontage)

Het is van groot belang om methaan te gebruiken als alternatieve brandstof voor steenkool en olie vanwege de hoge waterstof-koolstofverhouding die zorgt voor een relatief lagere uitstoot van broeikasgassen. Commerciële katalysatoren voor de verbranding van methaan bevatten edele metalen (bijv. Pt en Pd) die hoge kosten met zich meebrengen en een slechte thermische stabiliteit hebben (veroorzaakt door agglomeratie van de metaalafzettingen). Het gebruik van katalysatoren van het perovskiet-type ter vervanging van door edelmetaal gedragen katalysatoren voor methaanoxidatie heeft recentelijk de aandacht getrokken vanwege hun uitstekende thermische stabiliteit. In hun onlangs gepubliceerde artikel, het onderzoeksteam beschrijft een eenvoudige fragmentatiemethode om een ​​nieuwe driedimensionale hexapod mesogestructureerde LSMO-perovskiet te synthetiseren.

Over het op gecontroleerde wijze fragmenteren van driedimensionaal geordende macroporeuze (3DOM) structuren, via een proces dat wordt vergeleken met retrosynthese, hexapod-vormige bouwstenen met nieuw belichte actieve kristalfacetten werden geoogst. Krachtige karakteriseringstechnieken werden gekoppeld aan theoretische berekeningen om de manier te bepalen waarop de verbeterde configuratie de methaanverbrandingsreactie bevordert.

De nieuwe (110) reactieve facetten die worden blootgelegd op de zwakke breukpunten van de 3DOM-structuur bieden extra oppervlakte en introduceren oppervlakken met een verminderde energiebarrière voor waterstofabstractie uit het methaan (CH4* → CH3* + H*) vergeleken met de reguliere 3DOM (001) niet-reactieve facetten. Wij zijn van mening dat de ontwerpfilosofie en de voorbereidingsstrategie voor 3D LSMO een originele weg bieden naar de engineering van hoogrenderende katalysatoren.

De fragmentatietechniek kan worden uitgebreid tot de gecontroleerde bereiding en stabilisatie van andere nanomaterialen met brede toepassingen, om deze reden, het is van groot belang. De aanpak toont de haalbaarheid aan, "Het mesoporeuze materiële veld staat te popelen voor steeds meer onderzoekers uit andere velden om aantrekkelijke toepassingen te verkennen, ", zegt promovendus Yuan Wang van Particle and Catalysis (PartCat) Research Group. "Er is nog voldoende ruimte voor verbetering met hiërarchisch geordende perovskietkatalysatoren die zijn ontworpen om de atmosferische broeikasgasconcentraties te verminderen door de methaanemissies te oxideren en daardoor de kosteneffectiviteit te verbeteren, " voegt Dr. Hamid Arandiyan van PartCat Research Group toe.