Fram till 1985, guld antogs allmänt vara kemiskt inert. Men när forskare upptäckte att guldpartiklar i nanostorlek kan fungera som anmärkningsvärda och selektiva katalysatorer, en värld av möjligheter öppnade sig.

I dag, guld används i många industriella katalytiska processer, såsom avlägsnande av kolmonoxid från avgaser vid låga temperaturer eller till och med byte av kvicksilverbaserade katalysatorer vid tillverkning av PVC-plast-båda bra steg för miljön. Dock, guld är dyrt och knappt.

Forskare från Virginia Tech syftar till att maximera kraften för varje atom av partiklarna utan att förlita sig på tidskrävande försök och fel. Detta långvariga problem kan ha en lösning inom en snar framtid, tack vare det nyligen publicerade arbetet i Hongliang Xin, en biträdande professor vid Institutionen för kemiteknik vid College of Engineering vid Virginia Tech, och Xianfeng Ma, en postdoktor i Xins forskargrupp.

I en ny studie publicerad i peer-reviewed Fysiska granskningsbrev , Xin och Ma föreslår en ny modell som kan rationalisera reaktivitetstrender för olika guldnanopartiklar med olika storlekar, former, och kompositioner - mening, modellen kan potentiellt förutsäga precis rätt formel för guldkatalysatorer för att uppnå ett önskat resultat för en given kemisk reaktion.

Enligt Xin, denna modell visar att s-elektroner, som inte är permanent fästa vid några atomer som lokaliserade d-elektroner, styr reaktiviteten hos ytatomer. Detta utmanar den konventionella visdomen hos standard d-bandmodellen, vilket är teorin som ofta används för att förklara katalytisk aktivitet.

"Denna modell kan lätt förstås genom en analogi med balsal:om du dansar med många vänner som är attraktiva för dig, du är mindre benägna att interagera med främlingar, "Xin sa." Detsamma kan sägas om katalysatoratomer, som kommer att vara mer aktiva för reaktanter om de inte omges av många attraktiva grannatomer. "

Xins forskargrupp fokuserar på beräkningsmodellering för energilösningar, som främst stöds av Advanced Research Computing vid Virginia Tech.

"När det gäller beräkningsmodellering, detta är otroligt viktigt eftersom katalytiska processer är komplexa och informationen vid den minsta längden och snabbaste tidsskalan inte är lättillgänglig med experimentella tekniker, "Xin sa." Vårt arbete och många andra inom området kan erbjuda unika möjligheter att upptäcka och designa bättre katalysatorer genom förståelse för struktur-reaktivitetstrender för modellkatalysatorer i datorer. "

Fyndet har betydande praktiska tillämpningar, särskilt inom kemisk industri och teknik för förnybar energi. På grund av modellens allmänna natur, den kan anpassas för användning med andra katalytiska material, som nickel, platina, och palladium, som vanligen används i industriella katalytiska processer.