felülettudomány a heterogén katalízisben és a csillagászatban
DESCRIPTION
Felülettudomány a heterogén katalízisben és a csillagászatban. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
![Page 1: Felülettudomány a heterogén katalízisben és a csillagászatban](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062800/5681406d550346895dabec2c/html5/thumbnails/1.jpg)
Felülettudomány a heterogén katalízisben és a csillagászatban
Az ipari eljárások igen jelentős része (80 %) alapul valamilyen heterogén katalitikus reakción. Ezen, szilárdtestek felületén lejátszódó folyamatok számos esetben jól kidolgozottak (szénhidrogének konverziója, methanol előállítás, ammónia gyártás, stb.), ugyanakkor főleg a melléktermékek keletkezése vagy a magas energiaigény szempontjából még javíthatók. Főként a gyógyszer ipari alkalmazások esetén igen fontos a 100%-os tisztaságot megközelítő előállítás, de kívánatos eddig ismeretlen katalitikus eljárások tervezhető kidolgozása is.
A felülettudományi kutatások szerepe a heterogén katalízis szempontjá-ból főként az, hogy felületérzé-keny módszerek kifejlesztésével és alkalmazásával a heterogén ka-talitikus folyamatok elemi lépéseit megismerjük.
![Page 2: Felülettudomány a heterogén katalízisben és a csillagászatban](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062800/5681406d550346895dabec2c/html5/thumbnails/2.jpg)
Polikristályos oxidhordozós katalizátor
A hordozó oxid átlagos szemcsemérete a 0.1-1 m nagyságrendbe esik, a hordozott fémrészecskék ennél kb. két nagyságrenddel kisebbek, méretük 1-10 nm..
400 nm x 400 nm
Speciális módszerrel előállított
kétdimenziós modell katalizátor
2D-MK
Rh / TiO2(110) STM felvétel
HREM felvétel
![Page 3: Felülettudomány a heterogén katalízisben és a csillagászatban](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062800/5681406d550346895dabec2c/html5/thumbnails/3.jpg)
Autó kipufogó katalizátorok szerkezete
NO
CO
átalakítása
káros
szénhidrogének
keletkezése
nélkül
Al2 O3 habkő
Rh, Pt CeO2 ZrO2
![Page 4: Felülettudomány a heterogén katalízisben és a csillagászatban](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062800/5681406d550346895dabec2c/html5/thumbnails/4.jpg)
A felülettudomány fontos hídat képez az elméleti kémia és a ipari gyakorlat között, bár még van mit javítani ebben a kapcsolatban.
A valós rendszerek komplex tulajdon-ságainak megismerése mind kísérleti, mind elméleti eszközökkel egyre inkább megközelíthető:
atomról –atomra definiált komplex anyagi modellrendszerek (például kétdimenziós modellkatalizátorok)
nagy atomszámot és kölcsön-hatást tartalmazó elméleti modellek, ab initio módszerekkel megtámogatott robosztus Monte Carlo szimulációk
A felületi változások szempontjából fontos elemi lépések, amelyeket a felületi szerkezet különböző konfigurációja mellett kell ismernünk és lehetőleg pontosan elméletileg is leírnunk.
Nagyon fontos az időskála (femtosec-mikrosec) mivel a különböző folyamatok sebességi állandója 5-10 nagyságrenddel is eltérhet. Ezt az MC szimulációkban dinamikus időskálázással lehet megoldani
![Page 5: Felülettudomány a heterogén katalízisben és a csillagászatban](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062800/5681406d550346895dabec2c/html5/thumbnails/5.jpg)
Kémiai kötés a felületen
A felület-molekula kölcsönhatás alapve-tően lokális.
Jó analógia állítható fel a szerves fém-komplexek és a felületi adszor-beátumok között.
A már korábbam molekulákra alkal-mazott spektroszkópiai módszerek (IR, Raman) alkalmazhatósága felületi adszorbeátumokra.
Jól definiált felületi adszorpciós centru-mok és formák léte
(CO top – 1 pontos, bridge - 2 pontos, hollow - 3 pontos).
![Page 6: Felülettudomány a heterogén katalízisben és a csillagászatban](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062800/5681406d550346895dabec2c/html5/thumbnails/6.jpg)
Felületi energetika: az adszorpció valószínűsége és erőssége
Nem csupán az adott adszorpciós centrum számít, hanem annak közvetlen környezete („spectator” molekula fontossága, a preadszor-beált molekulák rendezettsége is számít).
Kísérletileg alkalmazható számos spekt-roszkópiai módszer, amely lehető-vé teszi a borítottság, ily módon az adszorpciós (deszorpciós) kinetika „in situ” követését.
Molekula sugár („molecular beam”) módszerekkel különösen jó szimu-lálható kísérletileg a különböző energia-komponensű részecskék reakcióképessége.
(„pressure gap”)
![Page 7: Felülettudomány a heterogén katalízisben és a csillagászatban](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062800/5681406d550346895dabec2c/html5/thumbnails/7.jpg)
Felületi átmeneti formák (közti termékek, tranziensek) vizsgálata
Az ún. reakcióút különféle élettartamú
átmeneti formákon keresztül végnemenő
reakció-sorozatot jelent.
Ilyen jellegű kísérletekben különösen hasznos a
nyomjelzéses technika, izótóp elemekkel
feltöltött molekulák alkalmazása.
![Page 8: Felülettudomány a heterogén katalízisben és a csillagászatban](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062800/5681406d550346895dabec2c/html5/thumbnails/8.jpg)
Egy példa a félvezető technológiából
Felületi Ge adalékolása a Si felületek CVD növesztése közben elősegíti a hidrogén deszorpcióját, igy gyorsabban növeszthetők jó minőségű rétegek; a bevezetett modellleken végzett DFT számítások sokkal olcsóbban tették lehetővé a megfelelő technológia kialakítását, mintha azt kísérletileg kellett volna végig játszani
A szénhidrogén katalízis egyik fontos részfolyamata a hidrogén kötések szelektív kezelése.
Ma már igen hatékonyan lehet kontrolláni a C-H kötés jelenlétét, és a kutatások arra irányulhatnak, hogy a szelektív kötés-felhasadáshoz szükséges körül-ményeket megtaláljuk.
Szelektív hidrogén elimináció
![Page 9: Felülettudomány a heterogén katalízisben és a csillagászatban](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062800/5681406d550346895dabec2c/html5/thumbnails/9.jpg)
Felületi aktív centrum felderítése (mely lokális atomi konfiguráció a leghatékonyabb az adszorpció – disszociáció számára)
Különféle orientációjú (esetleg rekonstrukciójú) felületek alkalmazása.
A felülettudományi kutatások egyik nagy sikere volt az ammónia szintézis hatékonyabbá tétele.
![Page 10: Felülettudomány a heterogén katalízisben és a csillagászatban](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062800/5681406d550346895dabec2c/html5/thumbnails/10.jpg)
klaszterforrás
egyenkénti generálás
felületi önszerveződés
Kétdimenziós katalitikus modellrendszerek
kialakítása
Itt már összetett rendszereket vizsgálunk
Az ún. „material gap” (bonyolúltsági szakadék)
csökkentése.
Oxid-sík / fém-nanoklaszter
Katalitikus klaszterméret1-10 nm.
![Page 11: Felülettudomány a heterogén katalízisben és a csillagászatban](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062800/5681406d550346895dabec2c/html5/thumbnails/11.jpg)
„valahol itt járunk”
Ezen kísérletekben a pásztázó szondás technikák vannak
leginkább segítségünkre.
Vizsgálni lehet a részecske-morfológia változását a katalitikus körülmények
között.
A fém-hordozó kölcsönhatás vizsgálata kiemelt
terület.
![Page 12: Felülettudomány a heterogén katalízisben és a csillagászatban](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062800/5681406d550346895dabec2c/html5/thumbnails/12.jpg)
A modern pásztázó atomszondás módszerekkel olyan klasszikus katalitikus folyamatok jeleníthetők meg vizuálisan, mint a „spill-over” vagy a „enkapszuláció”.
![Page 13: Felülettudomány a heterogén katalízisben és a csillagászatban](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062800/5681406d550346895dabec2c/html5/thumbnails/13.jpg)
Az IR spektroszkópiák alkalmasak a reakció közben is detektálni a
felületi formákat.
„pressure gap” problémaNagy nyomásokon több
rétegű gyengén kötött fázis is jelen lehet a
felületen.
![Page 14: Felülettudomány a heterogén katalízisben és a csillagászatban](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062800/5681406d550346895dabec2c/html5/thumbnails/14.jpg)
„Rengeteg munka. De ha lehet automatizálni, miért ne használjuk?!”Katalizátor optimatizálás Kombinatorikus katalízis
![Page 15: Felülettudomány a heterogén katalízisben és a csillagászatban](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062800/5681406d550346895dabec2c/html5/thumbnails/15.jpg)
„Ahol mindig jó a vákuum, az a bolygóközi tér”
A naprendszerünk tele van oxid nanorészecskével, különböző kis atomszámú gázokkal, vagyis egy kész vizsgálati berendezés. A csillagászati spektroszkópia napjainkban igen gyorsan fejlődik.
![Page 16: Felülettudomány a heterogén katalízisben és a csillagászatban](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062800/5681406d550346895dabec2c/html5/thumbnails/16.jpg)
A naprendszerünk részecskéinek begyüjtése a különböző helyeken már megindult. A szondák legtöbbször automatikusan egy vékony rétegben gyüjtik össze a részecskéket, amelyeket aztán felületi analitikai módszerekkel különíthetünk el az eredeti összetételtől ott a helyszínen vagy a
Földre szállításuk után.
![Page 17: Felülettudomány a heterogén katalízisben és a csillagászatban](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062800/5681406d550346895dabec2c/html5/thumbnails/17.jpg)
A fénylő égitestek, mint például a Hold és a Merkur, ezt a tulajdonságukat a
nagyenergiájú fotonok által kiváltott Na és K ion-szférának köszönhetik. A baj csak az, hogy a telekommunikációban
súlyos zavarokat okoznak az ilyen „felhők”.
Mindettől a leendő űrhajósok élete függhet.
![Page 18: Felülettudomány a heterogén katalízisben és a csillagászatban](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062800/5681406d550346895dabec2c/html5/thumbnails/18.jpg)
A naprendszerünk égitesteinek felülete tele van részecske bombázások okozta kráterekkel, amelyeknek léptéke a nanométertől a gigaméter tartományban változik.
![Page 19: Felülettudomány a heterogén katalízisben és a csillagászatban](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062800/5681406d550346895dabec2c/html5/thumbnails/19.jpg)
„egy reményt keltő folyamat ”
A jéggel borított területek felet (mind például a Mars hósapka vidékén) oxigén keletkezését észlelték, amely feltételezhetően a víz elektron-indukált átalakulásával értelmezhető.