Wissenschaftler drücken Katalysatoren in Wirtsmaterialien wie ein Schiff in eine Flasche
Wissenschaftler der Queen Mary University of London haben einen Weg gefunden, Katalysatoren in die kleinsten Poren verschiedener Wirtsmaterialien zu platzieren, so als würde sie ein Modellschiff in einer Flasche entfalten.
Mit Hilfe von thermodynamischen Pourbaix-Diagrammen können Wissenschaftler Katalysatoren in Wirtsmaterialien wie ein Schiff in eine Flasche drücken.
Jingwei Hou
Wenn Materialien so eng begrenzt werden, ohne das Wirtssystem zu brechen, verhalten sie sich anders. Diese Veränderung nennen die Wissenschaftler den Begrenzungseffekt.
Bei Katalysatoren, also Materialien, die chemische Reaktionen beschleunigen, kann die Einschließung zu einer höheren Aktivität führen. Sie hält die Partikel gut getrennt, was der Schlüssel zur Vermeidung von Funktionsverlusten bei der Katalyse ist, und bewahrt ihre hochreaktive Oberfläche.
Auch wenn ein Material auf engstem Raum gequetscht wird, sind seine Elektronen nicht frei, sich so weit wie üblich zu bewegen, und die Farbe der Lichtemission des Materials kann sich ändern - ein Effekt, der bei Mikrolasern genutzt werden könnte.
Diese Strategie eröffnet auch die Möglichkeit multifunktionaler Materialien, bei denen entweder Gast und Wirt verschiedene Dinge separat erledigen oder, da der Gast begrenzt ist, die Wechselwirkungen zwischen Wirt und Gast zu neuen Eigenschaften führen können.
Um den Ansatz zu veranschaulichen, verwendeten die Forscher poröse Nanomaterialien, die wie Schwämme mit 1 nm Taschen im Inneren sind, in die sich andere Moleküle einlagern können. Das Laden von reaktiven Katalysatoren in einen nanoporösen Wirt ist jedoch eine Herausforderung, da die Reaktionsbedingungen den Wirt oft zerstören können.
Die in Nature Communications veröffentlichte Studie zeigt ein Konzept, das die Thermodynamik nutzt, um diese Probleme zu überwinden. Die Forscher stellten fest, dass sie die Stabilität des Wirtes unter verschiedenen Reaktionsbedingungen abschätzen können.
Die Forschung wurde gemeinsam mit der University of Cambridge, dem Dalian Institute of Chemical Physics (Chinese Academy of Sciences), der National University of Singapore und der University of New South Wales durchgeführt.
Unter Verwendung thermodynamischer Diagramme entwickelten die Forscher ein Konzept namens Pourbaix-Enabled Guest Synthesis (PEGS), bei dem Bedingungen und Vorläuferverbindungen so gewählt werden können, dass die Wirte nicht zerstört werden. Dieses beinhalten ein System von Tutorien, das zeigt, wie man eine große Auswahl an neuen Gast/Host-Kombinationen herstellt.
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