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

 

Клевер
Клевер

Научно-популярный лекторий РНФ на Международном молодежном научном форуме «Ломоносов-2019»
С 9 по 11 апреля российские ученые рассказывают о своих научных исследованиях, которые выполняются по грантам Российского научного фонда. Лекции проходят в рамках Лектория РНФ во время проведения Международного молодежного научного форума «Ломоносов-2019».

Фестивали «От Винта!» и NAUKA 0+ представили инновационные проекты на выставке Hannover Messe 2019
Ганновер (Германия) 5 апреля 2019 года. – Объединённая экспозиция Фестиваля детского и молодежного научно-технического творчества “От Винта!” и Всероссийского фестиваля NAUKA 0+ была представлена на крупнейшей выставке промышленных технологий Hannover Messe 2019 в Германии в составе стенда Российской Федерации, организованного Российским экспортным центром при поддержке Министерства промышленности и торговли РФ.

Стань магистрантом в области светодиодных технологий без экзаменов
От бакалавриата к магистратуре без вступительных экзаменов уже сейчас? С портфолио возможно все! Участвуйте в конкурсе «Науке нужен ты!» и получайте бюджетный билет в первую в России магистерскую программу в области светодиодных технологий и оптоэлектроники Университета ИТМО!

Интервью с Константином Козловым - абсолютным победителем XIII Наноолимпиады
А.А.Семенова
Школьник 11 класса Константин Козлов (г. Москва) стал абсолютным победителем Олимпиады "Нанотехнологии - прорыв в будущее!" 2018/2019 по комплексу предметов "физика, химия, математика, биология". О своих впечатлениях, увлечениях и немного о планах на будущее Константин поделился с нами в интервью.

Микроэлементарно, Ватсон: как микроэлементы действуют на организм
Алексей Тиньков
Как на нас воздействуют кадмий, ртуть, цинк, медь и другие элементы таблицы Менделеева рассказал сотрудник кафедры медицинской элементологии РУДН Алексей Тиньков в интервью Indicator.Ru

Зимняя научная конференция студентов 4 курса ФНМ МГУ 22-23 января 2019 г.
Сафронова Т.В.
Настоящий сборник содержит тезисы докладов зимней научной студенческой конференции студентов 4-го курса ФНМ

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.