Argonne-forskare (från vänster) Stefan Vajda, Larry Curtiss och Jeff Greeley har utvecklat ett nytt sätt att skapa propen som eliminerar de många miljöovänliga biprodukterna.
Forskare vid det amerikanska energidepartementets Argonne National Laboratory har identifierat en ny klass av silverbaserade katalysatorer för produktion av den industriellt användbara kemikalien propylenoxid som är både miljövänlig och billigare.
"Produktionen av propylenoxid har en betydande mängd biprodukter som är skadliga för miljön, inklusive klorerat eller peroxikarboxylavfall, " sa kemisten Stefan Vajda från Argonnes Materials Science Division och Center for Nanoscale Materials. "Vi har identifierat nanokluster av silver som en katalysator som producerar denna kemikalie med få biprodukter vid låga temperaturer."
Propylenoxid används ofta för att skapa plaster och propylenglykoler för färger, hushållsrengöringsmedel och bromsvätskor för bilar.
Studien är ett resultat av ett mycket samarbetande team som involverade fem Argonne-divisioner och medarbetare från Fritz-Haber-Institut i Berlin och från University of Illinois i Chicago, inklusive ett samarbete mellan den experimentella insatsen ledd av Stefan Vajda och den teoretiska analysen ledd av materialkemisten Larry Curtiss och nanoforskaren Jeff Greeley.
Stora silverpartiklar har använts för att framställa propylenoxid från propylen, men har lidit av låg selektivitet eller låg omvandling till propylenoxid, skapar en stor mängd koldioxid. Vajda upptäckte att nanoskala kluster av silver, bestående av både tre atomer samt större kluster på 3,5 nanometer i storlek, är mycket aktiva och selektiva katalysatorer för framställning av propylenoxid.
Curtiss och Greeley modellerade sedan den underliggande mekanismen bakom varför dessa ultrasmå nanopartiklar av silver var så effektiva för att skapa propylenoxid. De upptäckte att silverkatalysatorernas elektroniska struktur med öppet skal var drivkraften bakom nanoklustrets selektivitet.
"Propylenoxid är en byggsten i skapandet av flera andra industriellt relevanta kemikalier, men de nuvarande metoderna för att skapa den är inte effektiva, " sa Curtiss.
"Detta är i grunden en helig gralsreaktion, ", anmärkte Greeley. "Arbetet öppnar ett nytt kapitel inom området silver som en katalysator för propenepoxidation, " tillade Curtiss.
En artikel om detta arbete kommer att publiceras i numret av tidskriften den 9 april Vetenskap .
