Новости науки |
03.09.07. Углеродная нанотрубка как химический реактор |
Наличие внутри углеродной нанотрубки полости, в которой может уместиться
многоатомная молекула, позволяет рассматривать этот объект как сверхминиатюрный химический
реактор, используемый для синтеза новых химических соединений. Преимущества такого подхода к
химическому синтезу связаны с возможностью концентрации реагентов и катализатора в ограниченном
объеме, а также с изоляцией реагентов от внешнего воздействия. Эффективность данного метода синтеза
продемонстрирована недавно группой исследователей из Академии наук Китая, которым удалось
осуществить внутри нанотрубки синтез этилового спирта. В качестве катализатора использовались
наночастицы Rh and Mn с добавлением Li и Fe с поперечным размером 1-2 нм, которые (в результате
использования капиллярных сил при ультразвуковой обработке и перемешивании) вводились (в весовом
отношении 1:1:0.075:0.05) в полость многослойных углеродных нанотрубок, имеющих внутренний
диаметр 4–8 нм и длину 250–500 нм. Наблюдения показывают, что около 80% наночастиц были
распределены внутри каналов нанотрубок, в то время как остальная часть находилась на внешней
поверхности нанотрубок. Для сравнения аналогичный катализатор был изготовлен с использованием в
качестве основы SiO2.
Сравнение показало, что выход этанола при использовании реактора основе углеродных нанотрубок
примерно вдвое превышает соответствующую величину для SiO2. При этом использование
реактора на основе нанотрубок в течение 180 часов не привело к сколько-нибудь заметной дезактивации.
Для установления характера влияния положения катализатора на скорость образования и выход этанола,
было изготовлено два типа катализаторов, в одном из которых смесь 5% Rh и 5% Mn помещали внутрь
полости нанотрубик, в другом – снаружи. Наблюдения показали, что свыше 75% частиц катализатора
имели размеры 1–2 нм. Однако в процессе протекания химической реакции наблюдалась агрегация
частиц, размер которых после 28 часов работы достигал 3–4 нм. Это сопровождалось снижением
активности катализатора и скорости реакции, которая после 60 часов протекания реакции снизилась с 39
моль/час до 30 моль/час. После 112 часов работы размер частиц внутри нанотрубок увеличился до 4–5
нм, т.е. до размера внутреннего диаметра углеродной нанотрубки, в то время как частицы,
расположенные снаружи нантрубки, выросли до размера порядка 8 нм. Таким образом, было
установлено, что наличие стенок нанотрубки ограничивает агрегацию частиц катализатора и позволяет
сохранить их активность в течение длительного времени.
Источник информации - заметка А.Елецкого в бюллетене
ПерсТ, выпуск 14 за 2007 г.
|
|