Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 
Общая схема процесса
Последовательные стадии роста пузырька
Размер существующего в данный момент пузырька по дифракции на нем применяемого лазерного пучка
Концентрации газов над микрореактором в течение эксперимента

Нанокипелки в микрореакторе

Ключевые слова:  катализаторы, лазер, наночастица, получение водорода

Опубликовал(а):  Чепиков Всеволод Николаевич

08 декабря 2009

Гетерогенный катализ играет огромную роль во многих природных и технологических процессах. В наше время в качестве катализаторов все шире применяются наночастицы. Из-за высокоразвитой поверхности они и так превосходят по своим каталитическим свойствам объемный материал. Но часто (например, для золота) каталитическая активность резко увеличивается по совершенно другим причинам, таким как изменение структуры энергетических уровней по сравнению с объемным образцом. Многие из катализируемых реакций являются эндотермическими, так что актуален вопрос подвода тепла. Он, разумеется, может осуществляться множеством, как простых, так и весьма экзотических, методов. Об одном из них хотелось бы рассказать поподробнее.

Так как катализируемая реакция протекает на поверхности наночастиц, то логично подогревать именно саму наночастицу. Наночастицы золота крепятся на поверхности стекла, погруженного в реакционную смесь. При помощи маломощного лазера в металлических наночастицах наводятся "токи", точечно обогревающие место протекания реакции с помощью Джоулева тепла. Нужно сказать, что электроны частиц благородного металла, используемых для катализа, могут входить в резонанс с видимым светом и запасать таким образом энергию. Потом запасенная энергия быстро конвертируется в тепло, которое передается окружающей частицу жидкости или газу и, в первом случае, формирует небольшой пузырек газа, катализ в котором более эффективен. Эта технология позволяет строго контролировать количество и место подведения тепла.

В качестве носителя каталитических наночастиц было предложено воспользоваться капиллярами модифицированного (для лучшего закрепления наночастиц) стекла. Длина таковых порядка 2,5 см, а диаметр около 40 мкм, размер частиц золота - порядка 20 нм. Что касается лазера, то длина волны 532 нм (зеленый), диаметр пучка около 10 мкм, мощность порядка 50 мВт. В качестве тестового эксперимента изучался нагрев водно-спиртовой смеси этим путем. Фиксировалось изменение формы и движение образующегося пузырька паров (см. рис.2). С примерно постоянным периодом пузырек отрывался и всплывал, и все начиналось снова. После анализа получаемой газовой смеси, там были обнаружены водород, углекислый газ и немного угарного. Все они, образуясь при этом процессе, накапливались практически линейно в течение осуществления каталитической реакции.

Любопытный факт, что для столь малых пузырьков значительно поднимается внутреннее давление. А вследствие этого растет температура, необходимая кипения смеси (в описываемом случае - примерно на 108 К). Повышение температуры и давления также оказывают положительное влияние на скорость протекания реакции. Основная реакция в данной смеси - каталитический риформинг этанола:

C2H5OH + 3H2O → 2CO2 + 6H2

СО образуется в результате одной из побочных реакций. Предполагается, что дальнейшие исследования в этом направлении помогут добиться практически 100% выхода водорода по этой технологии, а также обеспечить проведение многих других нуждающихся в катализе реакций, имеющих куда большее промышленное значение.




Комментарии
---
При помощи маломощного лазера в металлических наночастицах наводятся "токи", точечно обогревающие место протекания реакции с помощью Джоулева тепла.
---

Мда..
Такой трактовки я ещё не видел.

---
мощность порядка 50 мВт
---

Фигасе, маломощный лазер. Луч 20 мВт видно за несколько километров. И он вполне может спалить сетчатку.
50 мВт можно использовать как астрономическую указку.
И кстати, какой максимум поглощения имеет золото 20 нм?
если шарик в воде, то ~525 нм.
Кстати, удобная игрушка МиПлот, рекомендую
Александр Борисович, наверное я по незнанию поломал ту игрушку

Что-то эта программа всё время рассчитывает максимум около 520 - 550 нм. Даже для 0,00001 мкм золота
Это - к Ми
Я же написал "игрушка"
Впрочем, для 20 нм значение 525 нм соответствует практическим данным...
Палии Наталия Алексеевна, 08 декабря 2009 17:12 
Вообще-то, в самой статье нет ни слова про "Joule heating" - "plasmon heating" ONLY.
И не должно быть.

Только если коллективные колебания электронов, приводящие к перераспрелению зарядов в частице рассматривать как электрический ток...

Джоулева тепла, в принципе, тоже можно накачать, только другим способом.

Палии Наталия Алексеевна, 11 декабря 2009 15:54 
Только если коллективные колебания электронов, приводящие к перераспределению зарядов в частице рассматривать как электрический ток... - такого определения электрического тока не встречала.
А вот посмотреть обзор из NANOTODAY очень рекомендую.

Уважаемые коллеги, приглашаю ваше мнение на семинар по обсуждению физики процесса "каналирования" электронов в кристаллах по А.И.Ахиезеру. Писать по адресу (anton.pom@ya.ru). Алек Гурин

Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Шестеренки
Шестеренки

Участие НТ-МДТ Cпектрум Инструментс в международной конференции ACNS’2019
Участие НТ-МДТ Cпектрум Инструментс в международной конференции ACNS’2019. Тезисы доклада Быкова В.А.

Пять медалей завоевали российские школьники на Международной физической олимпиаде
Стали известны итоги 50-й Международной физической олимпиады для школьников, которая проходила в Тель-Авиве (Израиль). Российская сборная завоевала в состязаниях 4 золотые и одну серебряную медаль.

Поступление в совместный российско-китайский Университет МГУ-ППИ в Шэньчжэне
В июле 2019 года в МГУ имени М.В. Ломоносова проходит набор учащихся на программы МГУ, реализуемые в Университете МГУ-ППИ в Шэньчжэне. Поступление в совместный университет – это возможность учиться в самом быстроразвивающемся городе мира на русском языке у ведущих преподавателей МГУ по самым современным программам, получить образование мирового уровня и дипломы сразу двух университетов, овладев китайским языком. Для поступления в совместный университет не требуется владения китайским языком. Прием документов и экзамены проходят на территории МГУ. Абитуриенты имеют право поступать одновременно в МГУ имени М.В. Ломоносова и МГУ-ППИ в Шэньчжэне.

3D нанотехнологии в физике, химии, биологии, медицине и инженерном искусстве
И.В.Яминский
Материалы лекции проф. МГУ, д.ф.-м.н., генерального директора Центра Перспективных технологий И.В.Яминского "3D нанотехнологии в физике, химии, биологии, медицине и инженерном искусстве". 3D принтер, сканирующий зондовый микроскоп и фрезерный станок. Что общего между ними? Как конструировать их своими руками? Небольшой экскурс в практические нанотехнологии. Поучительная история о создании сканирующего туннельного микроскопа. От идеи до нобелевской премии за 5 лет. Взгляд в микромир – от атомов и молекул до живых клеток. Как взвесить массу одного атома? Вирусы и бактерии – наши друзья или враги? Медицинские приложения нанотехнологий – нанобиосенсоры для обнаружения биологических агентов.

Материалы и пленочные структуры спинтроники и стрейнтроники
В.А.Кецко
Девятый Наноград, проходивший в Ханты - Мансийске, собрал талантливых школьников, интересных лекторов и преподавателей в области наноматериалов, нанотехнологий и технопредпринимательства. В сообщении даны материалы лекции д.х.н., в.н.с. ИОНХ РАН В.А.Кецко "Материалы и пленочные структуры спинтроники и стрейнтроники".

Лекции и семинары от ФНМ МГУ на Нанограде
Е.А.Гудилин
Девятый Наноград, проходивший в Ханты - Мансийске, собрал талантливых школьников, интересных лекторов и преподавателей в области наноматериалов, нанотехнологий и технопредпринимательства. Ниже даны материалы лекций и семинаров представителя ФНМ МГУ проф., д.х.н. Е.А.Гудилина.

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!

Опыт обучения в области нанотехнологического технопредпринимательства

В этом опросе мы просим поделиться опытом и Вашим отношением к нанотехнологическому технопредпринимательству и смежным областям. Заранее спасибо за Ваше неравнодушие!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.