2014-12-11 08:03:05
Κι όμως, Κρητικοί επιστήμονες το έκαναν και αυτό...Να αποκαλύψουν δηλαδή τον χρυσό καταλύτη! Πολύτιμα μέταλλα όπως η πλατίνα είναι εξαιρετικοί καταλύτες χημικών αντιδράσεων, αλλά απαιτούν μεγάλες ποσότητες μετάλλων αυξάνοντας δραματικά το κόστος των καταλυτών. Νέα υπολογιστική μοντελοποίηση στο επίπεδο του νανομέτρου προβλέπει ότι ο χρυσός θα μπορούσε να αποτελέσει αποτελεσματικό και οικονομικά προσιτό καταλύτη για ενεργειακές και περιβαλλοντικές εφαρμογές.
Τα αποτελέσματα μιας πρόσφατης ερευνητικής εργασίας που καθοδηγήθηκε από Έλληνες επιστήμονες και συντελεί στην καλύτερη κατανόηση του τρόπου λειτουργίας καταλυτών σε νανοκλίμακα, παρουσιάζεται στο εξώφυλλο του επιστημονικού περιοδικού Catalysis Science and Technology του Royal Society of Chemistry ενώ αντίστοιχη δημοσίευση έχει γίνει και στο έγκυρο sciencedaily.com
Το επιστημονικό άρθρο με τίτλο «Catalysis at the sub-nanoscale: complex CO oxidation chemistry on a few Au atoms» καθοδηγήθηκε από το Γιάννη Μπουρμπάκη, επίκουρο καθηγητή Χημικής Μηχανικής στη σχολή Swanson του Πανεπιστημίου του Pittsburgh (ΗΠΑ)
. Οι σχετικές έρευνες πραγματοποιήθηκαν με τη συνεργασία του Μιχαήλ Σταματάκη, λέκτορα Χημικής Μηχανικής του University College London (Ηνωμένο Βασίλειο), του Διονύσιου Βλάχου, καθηγητή στο Τμήμα Χημικής και Βιομοριακής Μηχανικής του Πανεπιστημίου του Delaware, και των διδακτορικών φοιτητών Natalie Austin και Nima Nikbin.
«Ο χρυσός έχει χρησιμοποιηθεί ευρέως για την κατασκευή κοσμημάτων από τους αρχαίους χρόνους, γιατί δεν διαβρώνεται και διατηρεί το έντονο κίτρινο χρώμα του. Παράδειγμα αποτελούν τα κοσμήματα από τον Μινωικό πολιτισμό» αναφέρει ο Δρ. Μπουρμπάκης. «Ωστόσο, καταλύτες μεγέθους κάτω από ένα νανόμετρο, οι οποίοι αποτελούνται από λίγα μόνο άτομα χρυσού, επιδεικνύουν πλούσια αλλά και δυσνόητη χημική συμπεριφορά. Ως εκ τούτου, η έυρεση της σωστής σύνθεσης ενός καταλύτη απαιτεί εκτενή εργαστηριακά πειράματα. Για παράδειγμα, ένας καταλύτης που αποτελείται από οκτώ άτομα χρυσού μπορεί να είναι εξαιρετικά δραστήριος για αντιδράσεις οξείδωσης, ενώ ένας καταλύτης με έξι άτομα χρυσού μπορεί να είναι ανενεργός. Αυτή η συμπεριφορά έχει προβληματίσει πολλούς ερευνητές κατά την τελευταία δεκαετία.»
Σύμφωνα με τον Δρ. Μπουρμπάκη, οι νέες μέθοδοι υπολογιστικής μοντελοποίησης μπορούν να μειώσουν το χρόνο και τις δαπάνες για πειραματικές δοκιμές στο εργαστήριο, και να οδηγήσουν σε ακριβείς προβλέψεις για το σχεδιασμό καλύτερων καταλυτών με τη χρήση πολύ μικρής ποσότητας μετάλλου, μειώνοντας δραματικά το κόστος του καταλύτη. Για παράδειγμα, μια τυπική καταλυτική αντίδραση σε πλατίνα θα απαιτούσε χιλιάδες άτομα αυτού του σπάνιου μετάλλου, ενώ η ίδια αντίδραση σε χρυσό μπορεί να πραγματοποιηθέι σε λιγότερο από δέκα άτομα. Τέτοιες καταλυτικές διεργασίες αναμένονται να έχουν σημαντική απήχηση σε τομείς σχετικούς με την ενέργεια και το περιβάλλον, όπως για παράδειγμα σε καταλυτικές αντιδράσεις που μετατρέπουν το μονοξείδιο του άνθρακα στα καυσαέρια των αυτοκινήτων σε διοξείδιο του άνθρακα, ή για την παραγωγή υδρογόνου χρησιμοποιώντας νερό και μονοξείδιο του άνθρακα.
Ο Δρ. Σταματάκης τόνισε πως «η μελέτη μας αποσαφηνίζει την εξαιρετικά πολύπλοκη καταλυτική συμπεριφορά μικρών συσσωματωμάτων χρυσού. Ήμαστε πολύ ενθουσιασμένοι που μπορέσαμε να αποκαλύψουμε και να αναλύσουμε τα ανταγωνιστικά φυσικοχημικά φαινόμενα που είναι υπαίτια για τη δραστηριότητα των καταλυτών αυτού του μεγέθους».
Αυτή η μελέτη καθώς και άλλες υπολογιστικές έρευνες στα εργαστήρια των Δρ. Μπουρμπάκη και Σταματάκη σκοπεύουν στην ανάπτυξη αποδοτικότερων διαδικασιών μοντελοποίησης, που αποσκοπούν στον ταχύτερο σχεδιασμό αποτελεσματικών και φτηνών καταλυτών.
«Στο πείραμα δεν μπορούμε να διακρίνουμε λεπτομερώς όλες τις φυσικές και χημικές ιδιότητες που επηρεάζουν την δραστηριότητα του καταλύτη, αλλά με υπολογισμούς, μπορεί κανείς να τις “παρατηρήσει” μειώνοντας τον αριθμό των πειραμάτων που πρέπει να γίνουν στο εργαστήριο», εξηγεί ο Δρ. Μπουρμπάκης. «Με το σχεδιασμό ενός αποτελεσματικού καταλύτη με λίγα μόνο άτομα μετάλλου, μπορούμε να αναπτύξουμε πιο βιώσιμες μεθόδους για τη βελτίωση χημικών διεργασιών σε πολλές βιομηχανίες, ειδικά στον ενεργειακό τομέα».
Ο Δρ. Γιάννης Μπουρμπάκης κατάγεται από τα Χανιά και είναι απόφοιτος και διδάκτορας του τμήματος Χημείας του Πανεπιστημίου Κρήτης. Ο Δρ. Σταματάκης κατάγεται από την Σητεία και είναι απόφοιτος του Εθνικού Μετσόβειου Πολυτεχνείου και διδάκτορας του Rice University (USA).
Πηγή Tromaktiko
Τα αποτελέσματα μιας πρόσφατης ερευνητικής εργασίας που καθοδηγήθηκε από Έλληνες επιστήμονες και συντελεί στην καλύτερη κατανόηση του τρόπου λειτουργίας καταλυτών σε νανοκλίμακα, παρουσιάζεται στο εξώφυλλο του επιστημονικού περιοδικού Catalysis Science and Technology του Royal Society of Chemistry ενώ αντίστοιχη δημοσίευση έχει γίνει και στο έγκυρο sciencedaily.com
Το επιστημονικό άρθρο με τίτλο «Catalysis at the sub-nanoscale: complex CO oxidation chemistry on a few Au atoms» καθοδηγήθηκε από το Γιάννη Μπουρμπάκη, επίκουρο καθηγητή Χημικής Μηχανικής στη σχολή Swanson του Πανεπιστημίου του Pittsburgh (ΗΠΑ)
«Ο χρυσός έχει χρησιμοποιηθεί ευρέως για την κατασκευή κοσμημάτων από τους αρχαίους χρόνους, γιατί δεν διαβρώνεται και διατηρεί το έντονο κίτρινο χρώμα του. Παράδειγμα αποτελούν τα κοσμήματα από τον Μινωικό πολιτισμό» αναφέρει ο Δρ. Μπουρμπάκης. «Ωστόσο, καταλύτες μεγέθους κάτω από ένα νανόμετρο, οι οποίοι αποτελούνται από λίγα μόνο άτομα χρυσού, επιδεικνύουν πλούσια αλλά και δυσνόητη χημική συμπεριφορά. Ως εκ τούτου, η έυρεση της σωστής σύνθεσης ενός καταλύτη απαιτεί εκτενή εργαστηριακά πειράματα. Για παράδειγμα, ένας καταλύτης που αποτελείται από οκτώ άτομα χρυσού μπορεί να είναι εξαιρετικά δραστήριος για αντιδράσεις οξείδωσης, ενώ ένας καταλύτης με έξι άτομα χρυσού μπορεί να είναι ανενεργός. Αυτή η συμπεριφορά έχει προβληματίσει πολλούς ερευνητές κατά την τελευταία δεκαετία.»
Σύμφωνα με τον Δρ. Μπουρμπάκη, οι νέες μέθοδοι υπολογιστικής μοντελοποίησης μπορούν να μειώσουν το χρόνο και τις δαπάνες για πειραματικές δοκιμές στο εργαστήριο, και να οδηγήσουν σε ακριβείς προβλέψεις για το σχεδιασμό καλύτερων καταλυτών με τη χρήση πολύ μικρής ποσότητας μετάλλου, μειώνοντας δραματικά το κόστος του καταλύτη. Για παράδειγμα, μια τυπική καταλυτική αντίδραση σε πλατίνα θα απαιτούσε χιλιάδες άτομα αυτού του σπάνιου μετάλλου, ενώ η ίδια αντίδραση σε χρυσό μπορεί να πραγματοποιηθέι σε λιγότερο από δέκα άτομα. Τέτοιες καταλυτικές διεργασίες αναμένονται να έχουν σημαντική απήχηση σε τομείς σχετικούς με την ενέργεια και το περιβάλλον, όπως για παράδειγμα σε καταλυτικές αντιδράσεις που μετατρέπουν το μονοξείδιο του άνθρακα στα καυσαέρια των αυτοκινήτων σε διοξείδιο του άνθρακα, ή για την παραγωγή υδρογόνου χρησιμοποιώντας νερό και μονοξείδιο του άνθρακα.
Ο Δρ. Σταματάκης τόνισε πως «η μελέτη μας αποσαφηνίζει την εξαιρετικά πολύπλοκη καταλυτική συμπεριφορά μικρών συσσωματωμάτων χρυσού. Ήμαστε πολύ ενθουσιασμένοι που μπορέσαμε να αποκαλύψουμε και να αναλύσουμε τα ανταγωνιστικά φυσικοχημικά φαινόμενα που είναι υπαίτια για τη δραστηριότητα των καταλυτών αυτού του μεγέθους».
Αυτή η μελέτη καθώς και άλλες υπολογιστικές έρευνες στα εργαστήρια των Δρ. Μπουρμπάκη και Σταματάκη σκοπεύουν στην ανάπτυξη αποδοτικότερων διαδικασιών μοντελοποίησης, που αποσκοπούν στον ταχύτερο σχεδιασμό αποτελεσματικών και φτηνών καταλυτών.
«Στο πείραμα δεν μπορούμε να διακρίνουμε λεπτομερώς όλες τις φυσικές και χημικές ιδιότητες που επηρεάζουν την δραστηριότητα του καταλύτη, αλλά με υπολογισμούς, μπορεί κανείς να τις “παρατηρήσει” μειώνοντας τον αριθμό των πειραμάτων που πρέπει να γίνουν στο εργαστήριο», εξηγεί ο Δρ. Μπουρμπάκης. «Με το σχεδιασμό ενός αποτελεσματικού καταλύτη με λίγα μόνο άτομα μετάλλου, μπορούμε να αναπτύξουμε πιο βιώσιμες μεθόδους για τη βελτίωση χημικών διεργασιών σε πολλές βιομηχανίες, ειδικά στον ενεργειακό τομέα».
Ο Δρ. Γιάννης Μπουρμπάκης κατάγεται από τα Χανιά και είναι απόφοιτος και διδάκτορας του τμήματος Χημείας του Πανεπιστημίου Κρήτης. Ο Δρ. Σταματάκης κατάγεται από την Σητεία και είναι απόφοιτος του Εθνικού Μετσόβειου Πολυτεχνείου και διδάκτορας του Rice University (USA).
Πηγή Tromaktiko
ΜΟΙΡΑΣΤΕΙΤΕ
ΔΕΙΤΕ ΑΚΟΜΑ
ΠΡΟΗΓΟΥΜΕΝΟ ΑΡΘΡΟ
Οι "Τρίχες"… τους τέλειωσαν!
ΣΧΟΛΙΑΣΤΕ
