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

 

Сама важность
Сама важность

В Стокгольме прошла церемония вручения Нобелевских премий
10 декабря в Стокгольмской филармонии прошла церемония вручения Нобелевских премий

Cолнечную батарею из белка и квантовых точек создали в России
Ученые НИЯУ МИФИ создали "солнечную батарею" на основе гибридного материала, состоящего из квантовых точек и светочувствительных белков. Авторы разработки считают, что она имеет большой потенциал для солнечной энергетики и оптической обработки информации. Результаты исследования опубликованы в "Biosensors and Bioelectronics".

Крабовый панцирь побеждает грязную нефть
Химики МГУ разработали уникальную люминесцентную методику определения маркеров «грязной нефти» (дибензотиофенов) с использованием селективной сорбции в оптически прозрачных материалах на основе сшитых гелей хитозана.

Юрий Добровольский: «Через 50 лет вся энергия будет вырабатываться биоорганизмами»
Андрей Бабицкий, Юрий Добровольский
Главный редактор ПостНауки Андрей Бабицкий побеседовал с химиком Юрием Добровольским о науке о материалах, будущем энергетики и новых аккумуляторах

Константин Жижин, член-корреспондент РАН: «Бор безграничен»
Наталия Лескова
Беседа с К.Ю. Жижиным, заместителем директора Института общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова по научной работе, главным научным сотрудником лаборатории химии легких элементов и кластеров.

Мембраны правят миром
Коллектив авторов, Гудилин Е.А.
Ученые МГУ за счет детального изучения структурных и морфологических характеристик материалов на основе оксида графена и 2D-карбидов титана, а также моделирования их свойств, улучшили методы создания мембран для широкого круга практических применений.

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.