激发可持续的新型化学催化剂

时间：2022-06-06 09:40:48来源：

工程师依赖催化剂进行从食品制造到化学生产的广泛应用，因此寻找高效、环保的催化剂是重要的研究途径。

由匹兹堡大学斯旺森工程学院领导的新研究可能会导致基于氧化钨和类似化合物的新型可持续催化剂的产生。

该项目使用计算模拟来了解氧化钨如何在分子水平上与氢相互作用，并通过实验室实验验证了研究结果。

一篇详细介绍这一发现的论文最近登上了美国化学学会杂志(JACS)的封面，由化学与石油工程系的一个团队牵头：博士生 Evan V. Miu、助理教授 James McKone 和副教授教授和二百周年校友教师研究员 Giannis Mpourmpakis。

“氧化钨是一种催化剂，可用于通过使用阳光或可再生电力来加速可持续的化学转化。这种化合物具有与氢原子相互作用的独特方式，使其特别擅长参与需要产生氢气的化学反应或使用”Mpourmpakis 说。

“我们最兴奋的化学反应类型包括使用氢气吸收二氧化碳——全球变暖的罪魁祸首——并将其转化为有用的燃料和化学品，”麦康补充道。

虽然大多数催化剂仅与表面上的氢等分子相互作用，但氧化钨也可以将氢插入其三维晶格中。研究人员的高级建模能够表明，这一过程对催化剂表面实际发生的情况产生了巨大影响。

这项工作开启了设计基于氧化钨和类似化合物的全新催化剂家族的可能性，使用团队的计算方法来预测它们的催化性能。

“毫不夸张地说，我们可以在这项研究中包含的微妙科学与重新发明大量化学制造以使其更具环境可持续性的可能性之间划清界限，”麦科恩说。“我们可以设计催化剂，以正确的方式输送氢气，使化学转化以水和电的方式进行，就像我们今天使用化石燃料所做的一样有效。”

该项目是 Mpourmpakis 的 CANELa 实验室和 McKone 实验室之间的合作，主要作者 Miu 是 NSF 的研究生，致力于通过应用实验和计算方法来桥接热催化和电催化。

“与 Mpourmpakis 和 McKone 教授一起工作给了我一个难以置信的机会，让我在理论和实验的界面上进行操作，”Miu 说。“这些互补的观点帮助我们深入了解金属氧化物青铜是如何催化氢气的，我们很高兴能够应用我们的发现并朝着更可持续的化学过程迈出有意义的一步。”