Новости
Библиотека
Таблица эл-тов
Биографии
Карта сайтов
Ссылки
О сайте


Пользовательского поиска




21.05.2012

Вода ускоряет реакции гидрирования и гидрогенолиза, устраняя потребность в нагреве

Международная научная группа нашла теоретическое обоснование того, что добавление следов воды способно чрезвычайно резко увеличить скорость таких химических реакций, в которых одним из реагентов является водород, — к примеру, реакции гидрирования и гидрогенолиза. Разумное применение воды в качестве сокатализатора позволит избежать использования затратного нагревания для достижения того же эффекта.

Работа проводилась под руководством Маноса Маврикакиса из Университета Висконсина в Мэдисоне (США) и Флеминга Бесенбахера из Университета Орхуса (Дания), а полученные результаты опубликованы в журнале Science.

Атомы водорода (зеленые), взаимодействуя с молекулами воды (пурпурные и голубые атомы), быстро передвигаются по поверхности оксида металла. (Иллюстрация University of Wisconsin-Madison.)
Атомы водорода (зеленые), взаимодействуя с молекулами воды (пурпурные и голубые атомы), быстро передвигаются по поверхности оксида металла. (Иллюстрация University of Wisconsin-Madison.)

Гидрированин и гидрогенолиз используются абсолютно во всех ключевых секторах промышленности, включая нефтехимическую, фармацевтическую, пищевую и сельскохозяйственную индустрии. И самым важным фактором в этих реакциях является скорость, с которой водород диффундирует на поверхности катализатора, что во многом и определяет динамичность всего производственного процесса.

Многие исследователи давно отмечали интересный факт: присутствие в реакционной смеси воды способно значительно увеличить скорость химических реакций, в которых водород выступает в качестве одного из реагентов. Тем не менее до сих пор никто даже не пытался дать этому теоретическое объяснение или найти эффекту рациональное применение. С присутствием воды в реакторе продолжали бороться.

Авторы рассматриваемой работы решили повнимательнее присмотреться к оксидам металлов — классу материалов, чаще всего используемых в качестве катализаторов в реакциях гидрирования и гидрогенолиза. Сразу же удалось установить, что даже следовые количества влаги способны ускорять диффузию водорода на оксиде железа на 16 порядков величины. Другими словами, в присутствии следов воды водород диффундирует на поверхности оксида металлов в 10 000 триллионов раз быстрее, чем в абсолютно сухих условиях, когда разумная скорость диффузии достигается только при помощи нагревания. К счастью, в распоряжении американских и датских учёных оказался самый быстрый в мире туннельный сканирующий микроскоп с разрешением, равным размеру атома. С его помощью удалось рассмотреть то, как быстро водород диффундирует вдоль поверхности оксида железа в присутствии воды.

Для объяснения фундаментального механизма, лежащего в основе наблюдаемого явления, исследователи обратились к помощи квантовомеханических расчётов и компьютерным вычислениям с массовым параллелизмом. Как оказалось, в присутствии воды водород диффундирует через механизм «протонного трансфера», в котором атомы водорода с поверхности оксида металла «прыгают» на расположенные рядом молекулы воды, образуя ион гидроксония, который затем возвращает свой лишний протон назад на оксидную поверхность, восстанавливая молекулу воды. Именно этот вновь и вновь повторяющийся процесс и обеспечивает быструю диффузию атомов водорода на оксидной поверхности.

Подготовлено по материалам Университета Висконсина в Мэдисоне.

Роман Иванов


Источники:

  1. КОМПЬЮЛЕНТА



ИНТЕРЕСНО:

Новый метод анализа белков работает в 50 раз быстрее

Создана первая «химическая память» объемом в 1 бит

193 года назад впервые получено органическое соединение из неорганических

Ученые разработали программу, которая высчитывает свойства молекул сложных химических соединений

Самосборкой получены структуры из 144 молекулярных компонентов

Учёные создали нанореактор для производства водорода

Ученые из Швеции создали «деревянное стекло»

Разработан новый метод создания молекул

Японские ученые создали жидкий квазиметалл, застывающий на свету

Нобелевскую премию по химии присудили за синтез молекулярных машин

Новая компьютерная программа предсказывает химические связи

Получены цветные изображения на электронном микроскопе

В упавшем в России метеорите обнаружен уникальный квазикристалл

10 невероятно опасных химических веществ

Создатель «суперклея» Гарри Кувер – химик и изобретатель, автор 460 патентов, самый известный из которых так и не помог ему разбогатеть




© Злыгостев Алексей Сергеевич, подборка материалов, оцифровка, статьи, оформление, разработка ПО 2001-2017
При копировании материалов проекта обязательно ставить активную ссылку на страницу источник:
http://chemlib.ru/ 'ChemLib.ru: Библиотека по химии'