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

 

Нано-Юдо
Нано-Юдо

На XXI Менделеевском съезде награждены выдающиеся ученые-химики
11 сентября 2019 года в Санкт-Петербурге на XXI Менделеевском съезде по общей и прикладной химии объявлены победители премии выдающимся российским ученым в области химии. Премия учреждена Российским химическим обществом им. Д.И.Менделеева совместно с компанией Elsevier с целью продвижения и популяризации науки, поощрения выдающихся ученых в области химии и наук о материалах.

Россия подала в ЮНЕСКО заявку на учреждение премии имени Менделеева для молодых ученых
Россия подала в ЮНЕСКО заявку на учреждение премии имени Менделеева для молодых ученых. Об этом премьер-министр РФ Дмитрий Медведев сообщил, открывая встречу с нобелевскими лауреатами, руководителями химических обществ, представителями международных и российских научных организаций.

Перст-дайджест
В новом выпуске бюллетеня «ПерсТ»: Синтез “перламутровых” нанокомпозитов с помощью бактерий. Оптомагнитный нейрон.Устойчивость азотных нанотрубок. Электронные характеристики допированных фуллереновых димеров.

Люди, создающие новые материалы: от поколения X до поколения Z
Е.В.Сидорова
Самые диковинные экспонаты научной выставки, организованной в Москве в честь Международного года Периодической таблицы химических элементов в феврале 2019 г., можно было рассмотреть только "вооруженным глазом»: Таблица Д.И.Менделеева размером 5.0 × 8.7 мкм и нанопортрет первооткрывателя периодического закона великолепно демонстрировали возможности динамической АСМ-литографии на сканирующем зондовом микроскопе. Миниатюрные произведения представили юные участники творческих конкурсов XII Всероссийкой олимпиады по нанотехнологиям, когда-то задуманной академиком Ю.Д.Третьяковым — основателем факультета наук о материалах (ФНМ) Московского государственного университета имени М.В.Ломоносова. О том, как подобное взаимодействие со школьниками и студентами помогает сохранить своеобразие факультета и почему невозможно воплощать идею междисциплинарного естественнонаучного образования, относясь к обучению как к конвейеру, редактору журнала «Природа» рассказал заместитель декана ФНМ член-корреспондент РАН Е.А.Гудилин.

Как наночастицы применяются в медицине?
А. Звягин
В чем преимущества наночастиц? Как они помогают ученым в борьбе с раком? Биоинженер Андрей Звягин о наночастицах в химиотерапии, имиджинговых системах и борьбе с раком кожи.

Медицинская керамика: какими будут имплантаты будущего?
В.С. Комлев, Д. Распутина
Почему керамические изделия применяются в хирургии? Какие технологии используются для создания имплантатов? Материаловед Владимир Комлев о том, почему керамика используется в медицине, как на ее основе создаются имплантаты и какие перспективы у биоинженерии

Технонано

Технопредпринимательство - идея, которая принесет свои плоды при бережном культивировании и взращивании. И наша наноолимпиада, и Наноград от Школьной Лиги РОСНАНО, и проект Стемфорд, и другие замечательные инициативы - важные шаги на пути реализации этой и других идей, связанных с развитием новых высоких технологий в нашей стране и привлечением молодых талантов в эту вполне стратегическую область. Ниже приведен небольшой опрос, который позволит и нам, и вам понять, а что все же значит этот модный термин, и какова его суть.

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!



 
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.