скачать книгу бесплатно
O почти перпендикулярны поверхности, как показано на рисунке 1.9. Чтобы определить, является ли эта сформированная разновидность CH
O стабильной или продолжает подвергаться дегидрированию, они рассчитал процесс дегидрирования CH
O.
Рис. 1.9. Сравнение плотности состояний (DOS) для Rh в (a) Rh
O
/ ZrO
(101) и (b) Rh
O
/ ZrO
(101) [44]
Энергетический барьер этого процесса был рассчитан на уровне 1,06 эВ, что почти в два раза больше, чем для образования CH
OH, что указывает на то, что дальнейшее дегидрирование частиц CH
O является неблагоприятным и затрудненным по сравнению с образованием CH
OH. Это может быть связано с тем, что геометрическая конфигурация частиц CH
O приводит к большому расстоянию между H в CH
O и O-соседним Rh. Это говорит о том, что виды CH
при четырехкоординированном Rh стабильны и, таким образом, могут выступать в качестве предшественника для образования CH
OH.
Чтобы описать каталитическую природу Rh
O
/ZrO
, они проанализировали DOS Rh в Rh
O
/ ZrO
и сравнили его с DOS в Rh
O
/ ZrO
. Результаты на рисунке 9 показывают, что в Rh
O
/ ZrO
больше занятых состояний для Rh, чем в Rh
O
/ ZrO
, что указывает на то, что Rh в Rh
O
/ ZrO
имеет более низкую степень окисления. Бэйдерский заряд Rh в Rh
O
/ ZrO
был рассчитан как 7,6. Согласно связи между зарядом Бадера и степенью окисления Rh, Rh имеет степень окисления +3,6, ниже, чем степень окисления Rh в Rh
O
/ ZrO
(+4,7), что согласуется с DOS результаты. Более низкая степень окисления Rh в Rh
O
/ ZrO
указывает на то, что Rh
O
/ ZrO
может более легко окисляться H
O
, способствуя адсорбции H
O
.
Перспективы нанокатализаторов при разработке попутного нефтяного газа
Для получения метанола основным является гетерогенный катализ. Особенностью гетерогенной катализа служит стадия адсорбции. Свойства каталитических активных участников зависят от свойств поверхности твердого тела. То есть при этом использование массивных материалов в отрасли экологии считается не выгодным. Так как в низ большая часть атома не находится на поверхности и не доступна реагирующим молекулам [45, 46].
Фактически выгоднее и эффективнее использовать катализаторы на основе наноразмерных частиц, что большая часть атомов катализатора представляется доступной реагентам. В результате чего эффективность катализа возрастет в десятки раз. При этом наночастицы многих веществ демонстрируют уникальные свойства, которые позволят использовать их в качестве нанокатализаторов.
Было обнаружено, что если катализатор приготовить в виде наночастиц с размерами от 1 до 100 нм, то эффективность такого нанокатализатора многократно возрастает. Это обусловлено не только простым увлечением активной поверхности катализатора, состоящего из наночастиц. В наночастицах значительная доля атомов, образующих их поверхность, находится в так называемом низкокоординированном состоянии, где они проявляют как максимальную каталтическую активность [47—49].
Для переработки попутного нефтяного газа, в качестве катализаторов, часто используют ценные металлы – золото, платину, иридий и др. Обладая высокой себестоимостью эти материалы не так широко используют для переработки. А наночастица железа имеют низкую себестоимость благодаря низкой цене железа. Самое главное, они обладают хорошей каталитической активностью во процессах переработки попутного нефтяного газа.
К настоящему времени наночастицы железа уже известен широкий набор нанокластеров оксидов железа различных размеров (от одного до нескольких сотен нанометров), со своим спектром межкластерных взаимодействий и разнообразной надкластерной структурой. При этом удельная поверхность наночастицы железа диаметром 13,4 нм составляет 7,8*10
м
/кг [50—53].
Наночастицы железа, как и наночастицы других металлов, характеризируются особыми физико-химическими свойствами, которые зачастую принципиально отличны от свойств железа в макрокристаллическом состоянии.
В частности, было установлено, что температура плавления, значение электропроводимости, энергии активации электронных переходов, каталитической активности и многих других физико-химических свойств за-висят от размера наночастиц железа.
Характерной особенностью макрокристаллического железа является существование его нескольких полиморфных модификаций: низкотемпературной (?-Fe) и высокотемпературных (?-Fe, ?-Fe и ?-Fe). Все эти модификации имеют разные температурные интервалы своей устойчивости и значительно отличаются друг от друга типом своих кристаллических решеток, а также некоторыми физическими и химическими свойствами: плотностью, особенностями ферромагнетизма, способностью растворять углерод, азот и т. д. (рис. 1.11—1.14.)
Необходимо отметить, что химические и магнитные свойства большинства наночастиц довольно сильно зависят от конкретного типа наружных поверхностей, а для химически активных металлов, таких как железо, также и от структуры оксида, формирующегося на их поверхности.
