材料科學：苯的鍵斷裂時，氫的釋放取決於鍵斷裂，而不是吸收！
通過應用科學儀器和計算化學，PNNL研究人員確定了苯和水轉化為一氧化碳和氫氣的第一步。結果優於ACS催化的封面。圖片來源：美國化學學會。
在向苯，C6H6中加入蒸汽以產生氫氣，確定反應速度的步驟不是苯對催化劑的吸收，而是第一個斷裂的苯鍵，據科學家稱太平洋西北國家實驗室該團隊進一步探索通過評估鎂鋁尖晶石載體上的銠和銥催化劑來提高產氫反應的速度。通過實驗和計算研究，他們發現小銠顆粒的轉換效率高於較大的銠顆粒或銥。該研究為ACS催化提供了研究。
“我們的研究重點是開發可應用於生物質氣化，熱解和天然氣等多種技術的重整催化劑，並將進一步瞭解催化劑在分子水平上的作用，”Robert Dagle說，誰在PNNL領導了這項實驗研究。
太平洋西北國家實驗室正在通過開發將生物質轉化為基礎設施準備的生物燃料的科學和工程基礎，幫助推動從石油到生物基燃料的轉變。在升級為烴燃料途徑的合成氣中，將生物質原料氣化以產生合成氣（H2/ CO），其用作烴生物燃料生產的原料。通過應用先進的科學儀器和計算化學，研究人員確定了苯，模型焦油替代品以及水轉化為一氧化碳和氫氣的第一步。
“這些初步步驟非常重要。通過這些步驟，您將學習如何在問題開始之前解決問題，”參與這項為期3年的研究的PNNL理論家Vanda Glezakou博士說。
該團隊正在開發替代的原子高效催化劑，與傳統使用的鎳基烴重整催化劑相比，該催化劑具有顯著改善焦油重整性能的潛力。研究小組在鎂基尖晶石MgAl2O4上用銠或銥催化顆粒檢測了苯蒸汽重整反應。在EMSL和其他儀器上使用Titan 80-300像差校正透射電子顯微鏡的幫助下，他們確定反應不依賴於加入的蒸汽量，這表明苯在催化劑上的吸收。這表明第一個苯分解步驟，而不是吸附，是在銠或銥催化劑上的速率決定步驟。
然而，該團隊發現反應根據所用催化劑而變化。“我們開始詢問有關粒徑在幫助催化途徑方面所做的事情的問題，”理論組組長Roger Rousseau博士說。
使用密度泛函理論計算，該團隊研究了載體如何控制催化劑的大小以及其他因素如何影響反應。計算表明，較小的銠顆粒降低了破壞碳 - 碳和碳 - 氫鍵所涉及的能壘。例如，碳 - 碳鍵的活化阻擋層在較大的銠顆粒上從1.60eV下降到較小顆粒上的1.34eV。該團隊發現較大和較小的銥顆粒之間的能壘有類似的下降，但沒有發現碳氫鍵斷裂的相應下降。
“在第一次破產後，它有點複雜，”該項目的首席計算理論家和ACS催化科學文章的第一作者Donghai Mei博士說。例如，在銠催化劑上，該團隊的計算表明，無論銠顆粒大小如何，碳 - 碳和碳 - 氫鍵斷裂都具有競爭力。在第一次鍵斷裂後，銠催化的反應有利於碳 - 氫斷裂。
這種對斷裂鍵的基本理解不僅對開發有效的焦油重整催化劑至關重要，而且對其他應用也至關重要。“我們可以將這些知識用於各種燃料加工技術，”Rousseau說。“這真的是關於可再生燃料。”
該團隊正在繼續研究尖晶石載體對其他催化反應的影響。他們專門研究了尖晶石在確定催化劑顆粒的最佳尺寸和所產生的化學過程中的作用。此外，該團隊正在將這項研究擴展到了解改造生物油水相中發現的有機物質的基本原理，這些生物油源自各種生物質液化路線。
閱讀更多 十年煮酒尚溫 的文章
