Ученые пересчитали оптимальную энергию связи для гетерогенных катализаторов
Сотрудники Института физико-химических исследований Рикагаку Кенкийо (RIKEN) показали, что оптимальная энергия связи в гетерогенных катализаторах может отличаться от традиционных расчетов, основанных на термодинамике равновесия.
Выводы команды представлены в статье The Journal of Physical Chemistry Letters, сообщает phys.org. Определение оптимальной энергии связи для гетерогенных химических реакций – важный аспект многих процессов, вроде производства пластика и удобрений. Вещество в жидкой или газообразной фазе взаимодействует с твердым катализатором. Слабая энергия не даст компонентам прореагировать, сильная – оставит соединенными.
Исследователи из RIKEN показали, что при больших скоростях реакций параметр может отличаться от результатов традиционных расчетов. Их выводы предполагают необходимость пересмотра дизайна катализаторов для повышения производительности.
К лучшим гетерогенным реакциям относят процессы Габера-Боша (синтез аммиака), Циглера-Натта (производство пластика), обессеривания бензина. В 1911-м французский химик Пол Сабатье, основываясь на опытах, предложил оптимальную энергию связи, обеспечивающую максимальную каталитическую активность. Недавно, используя усовершенствованные вычисления, ученые пересмотрели параметр. Они показали, что все этапы будут протекать гладко при термодинамическом равновесии. Для достижения оптимума обычно стремятся максимально снизить движущую силу. Но, на практике лучше добиться большей скорости катализа, даже с ее увеличением.
Команда провела новую серию вычислений, основываясь на кинетическом моделировании. Ученые представили новые оптимальные энергии связи для окисления водорода гетерогенными катализаторами. Они показали, что результаты вычислений изменяются при ускорении реакции.
«Мы были рады этому, — сказал первый автор работы, Хидеши Оока. – Расчеты предсказывают новые стратегии дизайна катализаторов, недоступные стандартному термодинамическому подходу».
Ученые используют вычисления для поиска новых продуктов на основе элементов, вроде меди и никеля. Они позволят удешевить катализаторы, сделать их более экологически дружественными. Результаты также помогут достичь 3 основные цели ООН по «зеленому» развитию: доступная чистая энергия; ответственное производство и потребление; климатические меры.
