Ingenieurs vertrouwen op katalysatoren voor een breed scala aan toepassingen, van voedselproductie tot chemische productie, dus het vinden van efficiënte, milieuvriendelijke katalysatoren is een belangrijke onderzoeksmethode.

Nieuw onderzoek onder leiding van de University of Pittsburgh Swanson School of Engineering zou kunnen leiden tot de creatie van nieuwe, duurzame katalysatoren op basis van wolfraamoxide en soortgelijke verbindingen.

Het project gebruikte computersimulaties om te begrijpen hoe wolfraamoxide interageert met waterstof op moleculair niveau en de bevindingen werden geverifieerd door middel van laboratoriumexperimenten.

Een paper met details over de bevindingen stond onlangs op de omslag van het Journal of the American Chemical Society (JACS ) en werd geleid door een team van het Department of Chemical and Petroleum Engineering:Ph.D. Kandidaat Evan V. Miu, universitair docent James McKone en universitair hoofddocent en de Bicentennial Alumni Faculty Fellow Giannis Mpourmpakis.

"Wolfraamoxide is een katalysator die kan worden gebruikt om duurzame chemische omzettingen te versnellen door gebruik te maken van zonlicht of hernieuwbare elektriciteit. Deze chemische verbinding heeft een unieke manier van interactie met waterstofatomen, waardoor het bijzonder goed is in het deelnemen aan chemische reacties waarbij waterstof moet worden geproduceerd of gebruikt," zei Mpourmpakis.

"De soorten chemische reacties waar we het meest enthousiast over zijn, zijn onder meer het gebruik van waterstof om koolstofdioxide - de belangrijkste boosdoener in het broeikaseffect - op te nemen en om te zetten in bruikbare brandstoffen en chemicaliën", voegde McKone toe.

Hoewel de meeste katalysatoren alleen interactie hebben met moleculen zoals waterstof op hun oppervlak, kan wolfraamoxide ook waterstof in het driedimensionale kristalrooster inbrengen. De geavanceerde modellering van de onderzoekers kon aantonen dat dit proces een enorme impact heeft op wat er werkelijk aan het oppervlak van de katalysator gebeurt.

Het werk opent de mogelijkheid om een ​​hele nieuwe familie van katalysatoren te ontwerpen op basis van wolfraamoxide en soortgelijke verbindingen, met behulp van de computationele benadering van het team om hun katalytische eigenschappen te voorspellen.

"Het is niet overdreven om te zeggen dat we een rechte lijn kunnen trekken tussen de subtiele wetenschap in deze studie en de mogelijkheid om een ​​enorme hoeveelheid chemische productie opnieuw uit te vinden om het milieuvriendelijker te maken," zei McKone. "We kunnen katalysatoren ontwerpen om waterstof op precies de juiste manier te leveren om chemische omzettingen te maken die net zo efficiënt op water en elektriciteit lopen als wat we tegenwoordig doen met fossiele brandstoffen."

Dit project was een samenwerking tussen het CANELa Lab van Mpourmpakis en het McKone Lab, waar hoofdauteur Miu een NSF-afgestudeerde fellow is die werkt aan het overbruggen van thermische en elektrische katalyse door zowel experimentele als computationele methoden toe te passen.

"De samenwerking met de professoren Mpourmpakis en McKone heeft me een ongelooflijke kans gegeven om op het grensvlak van theorie en experiment te opereren", zegt Miu. "Deze complementaire perspectieven hielpen ons diep te begrijpen hoe metaaloxidebronzen waterstof katalyseren, en we zijn verheugd om onze bevindingen toe te passen en zinvolle stappen te zetten in de richting van duurzamere chemische processen." + Verder verkennen

Nieuwe manier om katalysatoractiviteit te stimuleren