การศึกษาล่าสุดที่ตีพิมพ์ใน การเรียนรู้ขั้นสูง มันแนะนำวิธีการเร่งปฏิกิริยาแบบใหม่ที่เรียกว่า flexokatalization ซึ่งใช้การเสียรูปแบบเชิงกลไปยังการเหนี่ยวนำของโพลาไรเซชันไฟฟ้าและการขับปฏิกิริยาเคมี
การศึกษามุ่งเน้นไปที่ nanoskala titanate (srtio₃หรือ STO), แผงควบคุม pervskit และแสดงความสามารถสองเท่าในการกระตุ้นการผลิตไฮโดรเจนและการย่อยสลายของสารมลพิษอินทรีย์ภายใต้การสั่นสะเทือนอัลตราโซนิก การค้นพบบ่งชี้กลยุทธ์ใหม่ที่มีระบบนิเวศมากขึ้นสำหรับการสร้างพลังงานบริสุทธิ์และการทำความสะอาดสิ่งแวดล้อม
รูปภาพของเครดิต: borri_studio/shutterstock.com
พื้นหลัง
งานนี้มุ่งเน้นไปที่เอฟเฟกต์ flexoelectric – การผลิตโพลาไรเซชันไฟฟ้าในวัสดุอิเล็กทริกเมื่ออยู่ภายใต้การไล่ระดับสีการเสียรูป แม้ว่ามักจะอ่อนแอในวัสดุปริมาณ แต่ผลกระทบนี้จะเด่นชัดมากขึ้นใน nanoskala เนื่องจากการไล่ระดับสีการเสียรูปสูงซึ่งสามารถทำได้ในโครงสร้างขนาดเล็ก
การศึกษาก่อนหน้านี้ใน piezocatalysis ซึ่งขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของวัสดุ piezoelectric ของเรือที่ไม่ใช่ -เช่นbarto₃หรือ ZnO แสดงให้เห็นว่าพลังงานเชิงกลสามารถเปลี่ยนเป็นกิจกรรมการเร่งปฏิกิริยา อย่างไรก็ตาม piezococcation ต้องการ piezoelectricity ที่แยกออกไม่ได้ จำกัด วัสดุที่มีประโยชน์สำหรับผู้ที่มีคุณสมบัติสมมาตรเฉพาะ
ในทางกลับกัน Flexocatalisation ทำงานผ่านเอฟเฟกต์ flexoelectric ซึ่งไม่เกี่ยวข้องกับข้อ จำกัด สมมาตร สิ่งนี้จะขยายช่วงของตัวเร่งปฏิกิริยาสดรวมถึงวัสดุ centrosymmetrical เช่นsrtio₃ ใน Nanoskala หนึ่งร้อยสามารถสร้างสนามไฟฟ้าภายในที่แข็งแกร่งพอที่จะขับปฏิกิริยาเช่นการแบ่งน้ำหรือการย่อยสลายอินทรีย์แม้จะไม่มี piezoelectricity ภายใน
การศึกษาในปัจจุบัน
นักวิทยาศาสตร์ได้นำวิธีการทดลองที่ครอบคลุมมาใช้ในการประเมิน Nano Srtio₃ที่มีศักยภาพ flexocataltic ผง STO ที่มีความบริสุทธิ์สูง (99.5 %) อยู่ภายใต้การรักษาความร้อนที่ 1,000 ° C เป็นเวลา 3 และ 24 ชั่วโมงเพื่อปรับขนาดอนุภาค
ความสมบูรณ์ของโครงสร้างและองค์ประกอบเฟสได้รับการยืนยันโดยใช้ X -ray Diffraction (XRD) และความซับซ้อนของ Rietveld ในขณะที่กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่งสัญญาณ (TEM) และความละเอียดสูง (HREM) ให้ภาพโดยละเอียดของสัณฐานวิทยาและขนาดอนุภาค
ประเมินลักษณะพื้นผิวโดยใช้การวัดพื้นผิวของ Brunauer-Emmett-Lteller (BET), สเปกโทรสโกปีของ Raman และ X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) เพื่อตรวจสอบคุณสมบัติทางอิเล็กทรอนิกส์และช่องว่างในแถบอัลตราไวโอเลต (UPS) และ UV-Vis spectroscopy ถูกนำมาใช้ในแถบ
ประสิทธิภาพการเร่งปฏิกิริยาได้รับการศึกษาโดยใช้การสั่นสะเทือนของอัลตราโซนิกซึ่งทำให้เกิดการไล่ระดับสีการเสียรูปในอนุภาคนาโน สำหรับการผลิตไฮโดรเจนหนึ่งร้อยถูกแยกย้ายกันไปในน้ำและวิวัฒนาการของไฮโดรเจนถูกวัดในเวลาจริงโดยใช้เทคนิคการหาปริมาณก๊าซมาตรฐาน ในกรณีของการย่อยสลายอินทรีย์ Rodamin B (RHB) เป็นแบบจำลองของมลพิษเพื่อตรวจสอบการกระจายสีย้อมในสภาวะอัลตราโซนิกเดียวกัน
เพื่อให้เข้าใจกลไกพื้นฐานได้ดีขึ้นการจำลอง Multiphysics COMSOL แบบจำลองแบบวิธีการที่กองกำลังที่ใช้สร้างโพลาไรเซชันของ flexoelectric ในอนุภาคนาโน
ผลลัพธ์และการอภิปราย
ในการทดลองวิวัฒนาการของไฮโดรเจนอนุภาคที่เล็กที่สุดของหนึ่งร้อย (ไม่ได้รับการฟื้นฟูหนึ่งร้อย) ผลิตไฮโดรเจนด้วยความเร็วที่น่าประทับใจที่ 1289.53 μmol/g/h หลังจาก 4 ชั่วโมงภายใต้การสั่นสะเทือนอัลตราโซนิก
ประสิทธิภาพที่แข็งแกร่งนี้รวมกับการรีไซเคิลตัวเร่งปฏิกิริยาและความมั่นคงของโครงสร้างเน้นศักยภาพในทางปฏิบัติของวิธีการ flexocataltic การลดขนาดของอนุภาคจาก 117 นาโนเมตรเป็น 35 นาโนเมตรนำไปสู่การเพิ่มขึ้น 3.32 ครั้งในการผลิตไฮโดรเจนซึ่งเท่ากันกับการคาดการณ์เชิงทฤษฎีโดยตรงว่าผลกระทบแบบยืดหยุ่นนั้นแย่ลงเมื่อขนาดอนุภาคลดลง
ในกรณีของการย่อยสลายอินทรีย์นาโนประมาณ 94 % RHB จะลดลงภายใน 3 ชั่วโมงเกินกว่าการรักษาด้วยความร้อนที่ใหญ่กว่าหรือความร้อน ประสิทธิภาพนี้เกี่ยวข้องกับการสร้างรูปแบบออกซิเจนปฏิกิริยา (ROS) เช่นไฮดรอกซิลอนุมูล (OUTS OH) และไอออนเปอร์ออกไซด์ (Outs O₂⁻) ซึ่งสร้างขึ้นโดยการชาร์จการชาร์จที่เกิดจากโพลาไรเซชันของ flexoelectric
เส้นทางเคมีที่มุ่งมั่นได้รับการอธิบายในรายละเอียดในสมการปฏิกิริยาที่นำเสนอในการศึกษาอธิบายว่ากระบวนการนี้แพร่กระจายมลพิษอย่างไร
การวิเคราะห์หลังจากปฏิกิริยาโดยใช้ XRD มีการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างน้อยที่สุดในหนึ่งร้อยซึ่งแสดงให้เห็นถึงความทนทานและความต้านทานต่อการย่อยสลายที่ยอดเยี่ยม การเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยของยอดการเลี้ยวเบนถูกสังเกตเห็นอาจเป็นเพราะการคลายเครือข่ายจากการปฏิสัมพันธ์พื้นผิวในระหว่างการทำปฏิกิริยา แต่พวกเขาไม่ได้คุกคามความเสถียรทั่วไปของตัวเร่งปฏิกิริยา
ดาวน์โหลดสำเนา PDF ทันที!
แอปพลิเคชัน
การศึกษาครั้งนี้แสดงให้เห็นว่า flexocatalization สามารถใช้งานได้จริงและตระหนักถึงสิ่งแวดล้อมเกี่ยวกับวิธีการผลิตไฮโดรเจนและการย่อยสลายของสารมลพิษอินทรีย์ซึ่งเป็นทางเลือกสำหรับระบบ piezocatalytic ทั่วไปที่ใช้วัสดุที่ไม่ใช่ศูนย์กลาง
ประสิทธิภาพเชิงโครงสร้างที่สอดคล้องกันและความมั่นคง Nano Srtio₃แม้หลังจากหลายรอบ แต่ก็เน้นความเหมาะสมสำหรับการใช้งานที่มีศักยภาพในการใช้งานตัวเร่งปฏิกิริยาที่เกี่ยวข้องกับการจัดการพลังงานและสิ่งแวดล้อม
การใช้เอฟเฟกต์ flexoelectric ในวัสดุ centrosymmetrical การทำงานจะขยายช่วงของวัสดุที่สามารถพิจารณาสำหรับการเร่งปฏิกิริยาที่ขับเคลื่อนด้วยกลไก นอกจากนี้ยังมีส่วนช่วยในการทำความเข้าใจพฤติกรรมทางไฟฟ้าใน Nanoskala ที่ลึกซึ้งยิ่งขึ้นสนับสนุนการวิจัยเพิ่มเติมเกี่ยวกับการปรับตัวและระบบเร่งปฏิกิริยาที่มีประสิทธิภาพ
การอ้างอิงของวารสาร
Mondal, S. , Das, RC, Du, Y. , Hou, Z. , Konstantinov, K. , Cheng, Z. (2025) การผลิตไฮโดรเจน Flexocatalithic และการย่อยสลายอินทรีย์โดย Nano Srtio₃ การเรียนรู้ขั้นสูง,, 2025, ดอย: 10 1002/advs.202500034,