En grafisk representation av nya kemiska katalysatorer som dök upp på omslaget till Journal of the American Chemical Association . Kredit:Evan V. Miu
Ingenjörer förlitar sig på katalysatorer för ett stort antal applikationer från livsmedelstillverkning till kemisk produktion, så att hitta effektiva, miljövänliga katalysatorer är en viktig forskningsväg.
Ny forskning ledd av University of Pittsburgh Swanson School of Engineering kan leda till skapandet av nya, hållbara katalysatorer baserade på volframoxid och liknande föreningar.
Projektet använde beräkningssimuleringar för att förstå hur volframoxid interagerar med väte på molekylär nivå och resultaten verifierades genom laboratorieexperiment.
En artikel som beskriver resultaten visades nyligen på omslaget till Journal of the American Chemical Society (JACS ) och leddes av ett team från Institutionen för kemi- och petroleumteknik:Ph.D. Kandidat Evan V. Miu, biträdande professor James McKone och docent och bicentennial Alumni Faculty Fellow Giannis Mpourmpakis.
"Volframoxid är en katalysator som kan användas för att påskynda hållbara kemiska omvandlingar genom att använda solljus eller förnybar elektricitet. Denna kemiska förening har ett unikt sätt att interagera med väteatomer som gör den särskilt bra på att delta i kemiska reaktioner där väte behöver produceras eller används", sa Mpourmpakis.
"De typer av kemiska reaktioner som vi är mest exalterade över inkluderar användningen av väte för att ta koldioxid - den primära boven i den globala uppvärmningen - och förvandla den till användbara bränslen och kemikalier", tillade McKone.
Medan de flesta katalysatorer endast interagerar med molekyler som väte på ytan, kan volframoxid också infoga väte i dess tredimensionella kristallgitter. Forskarnas avancerade modellering kunde visa att denna process har en enorm inverkan på vad som faktiskt händer på ytan av katalysatorn.
Arbetet öppnar möjligheten att designa en helt ny familj av katalysatorer baserade på volframoxid och liknande föreningar, med hjälp av teamets beräkningsmetod för att förutsäga deras katalytiska egenskaper.
"Det är inte en överdrift att säga att vi kan dra en rak linje mellan den subtila vetenskapen i den här studien och möjligheten att återuppfinna en enorm mängd kemisk tillverkning för att göra det mer miljömässigt hållbart", säger McKone. "Vi kan designa katalysatorer för att leverera väte på precis rätt sätt för att göra kemiska omvandlingar som går på vatten och elektricitet lika effektivt som vad vi gör idag med fossila bränslen."
Detta projekt var ett samarbete mellan Mpourmpakis CANELa Lab och McKone Lab, där huvudförfattaren Miu är en NSF-stipendiat som arbetar med att överbrygga termisk och elektrisk katalys genom att tillämpa både experimentella och beräkningsmetoder.
"Att arbeta med professorerna Mpourmpakis och McKone har gett mig en otrolig möjlighet att arbeta i gränssnittet mellan teori och experiment", sa Miu. "Dessa kompletterande perspektiv hjälpte oss att på djupet förstå hur metalloxidbrons katalyserar väte, och vi är glada över att tillämpa våra rön och ta meningsfulla steg mot mer hållbara kemiska processer." + Utforska vidare
