पेरोव्स्काइट्स ऑटोमोटिव उत्प्रेरक में प्लैटिनम कणों के जीवन का विस्तार करते हैं

2023 लेखक: Bryan Walter | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2023-05-21 22:25

ब्रिटिश और कोरियाई रसायनज्ञ कार के निकास की सफाई के लिए प्लैटिनम उत्प्रेरक के जीवन का विस्तार करने में कामयाब रहे हैं। उन्होंने पहले प्लैटिनम को पेरोव्स्काइट जाली में पेश किया, और फिर इसे कम करके नैनोकणों को समान रूप से पेरोव्स्काइट सतह पर वितरित किया। नतीजतन, उत्प्रेरक न केवल अधिक स्थिर हो गया, बल्कि अधिक कुशल भी हो गया, क्योंकि पेरोसाइट जाली से ऑक्सीजन ने प्लैटिनम की उत्प्रेरक क्रिया को बढ़ाया। शोध के नतीजे नेचर सी हेमिस्ट्री जर्नल में प्रकाशित हुए हैं।

कार के निकास में एक ही समय में कई जहरीली गैसें होती हैं: ये गैसीय हाइड्रोकार्बन, कार्बन मोनोऑक्साइड CO, नाइट्रोजन ऑक्साइड NO और NO2 हैं। इन पदार्थों को वायुमंडल में प्रवेश करने से रोकने के लिए, उन्हें एक उत्प्रेरक कनवर्टर के माध्यम से पारित किया जाता है। शुद्धिकरण में कई प्रक्रियाएं शामिल हैं - कार्बन मोनोऑक्साइड और अवशिष्ट गैसीय हाइड्रोकार्बन का ऑक्सीकरण, आणविक नाइट्रोजन एन 2 में नाइट्रोजन ऑक्साइड अशुद्धियों की कमी, और अमोनिया को हटाने, जो नाइट्रोजन ऑक्साइड से उप-उत्पाद के रूप में प्राप्त होता है।

सबसे अच्छे उत्प्रेरक को महान धातु माना जाता है - प्लैटिनम और पैलेडियम। अक्सर, कन्वर्टर्स नैनोकणों के रूप में प्लैटिनम के आधे से दो द्रव्यमान प्रतिशत के एडिटिव्स के साथ झरझरा एल्यूमिना से बने उत्प्रेरक का उपयोग करते हैं। यह मूल्यवान धातु बचाता है और उत्प्रेरक को सस्ता बनाता है। हालांकि, उच्च तापमान पर, प्लैटिनम नैनोकणों को धीरे-धीरे बड़े कणों और एग्लोमेरेट्स (इस प्रक्रिया को सिंटरिंग कहा जाता है) में एकत्र किया जाता है, जिससे उत्प्रेरक की दक्षता कम हो जाती है। इसलिए, कार जितनी पुरानी होती है, उतनी ही हानिकारक गैसें वातावरण में उत्सर्जित होती हैं।

सेंट एंड्रयूज विश्वविद्यालय के जॉन टीएस इरविन और दक्षिण कोरिया और ग्रेट ब्रिटेन के उनके सहयोगियों ने प्लैटिनम नैनोकणों के जीवन को एक अन्य मैट्रिक्स - लैंथेनम टाइटेनेट्स को एक पेरोसाइट संरचना के साथ रखकर विस्तारित करने का प्रयास किया।

आधुनिक साहित्य में पेरोव्स्काइट शब्द के साथ, चीजें थोड़ी भ्रमित हैं। प्रारंभ में, पेरोसाइट खनिज CaTiO3 (कैल्शियम टाइटेनेट) है। यह पदार्थ 1839 में उरल्स में खोजा गया था और इसका नाम रूसी मंत्री लेव पेरोव्स्की के नाम पर रखा गया था, जो खनिज विज्ञान के शौकीन थे। कैल्शियम टाइटेनेट में एक बहुत ही विशिष्ट क्रिस्टल जाली होती है - टाइटेनियम केशन क्यूबिक सेल के कोने पर स्थित होते हैं, बड़े कैल्शियम केशन सेल के केंद्र में होते हैं, और ऑक्सीजन आयन क्यूब के किनारों पर होते हैं, जिससे प्रत्येक टाइटेनियम आयन के चारों ओर TiO6 ऑक्टाहेड्रा बनता है।, शीर्षों से जुड़ा हुआ है। इस तरह के एक जाली को पेरोव्स्काइट जाली कहा जाता था, लेकिन धीरे-धीरे इस शब्द का अधिक व्यापक रूप से उपयोग किया जाने लगा, और अब ABX3 सूत्र वाले सभी यौगिकों में ऐसी संरचना होती है जिन्हें साहित्य में पेरोव्स्काइट्स कहा जाता है। हाल ही में, "पेरोव्स्काइट" शब्द हर किसी के होठों पर है, क्योंकि मिश्रित ऑर्गेनो-अकार्बनिक लेड हैलाइड्स PbBrxI3-x के परिवार के यौगिकों का उपयोग सौर कोशिकाओं और फोटोडेटेक्टर में किया जाता है। रसायन विज्ञान के दृष्टिकोण से, यह एक पूरी तरह से अलग वर्ग से एक यौगिक है: ऑक्सीजन के बजाय, वे ब्रोमीन और आयोडीन होते हैं, टाइटेनियम के बजाय, सीसा, कैल्शियम के बजाय, मिथाइलमोनियम और फॉर्मैमिडीनियम के कार्बनिक उद्धरण, और यहां तक कि चार्ज भी। प्रत्येक आयन आधा है। हालांकि, АPbBrxI3-x क्रिस्टल जाली उसी तरह संरचित है जैसे CaTiO3 जाली - PbI6 ऑक्टाहेड्रा जाली स्थलों पर स्थित हैं, और बाकी केशन - उनके बीच की रिक्तियों में। यह नोट लैंथेनम टाइटेनेट्स LaTiO3 से संबंधित है जिसमें स्ट्रोंटियम और कैल्शियम की वृद्धि होती है, जो कि प्रारंभिक CaTiO3 के काफी करीबी रिश्तेदार हैं। लेखकों की योजना के अनुसार, प्लैटिनम को पहले टाइटेनियम की स्थिति में पेरोसाइट जाली LaTiO3 में प्रवेश करना चाहिए, और फिर इसे नैनोकणों के एक अलग चरण के रूप में कम और अवक्षेपित किया जाना चाहिए। इस तरह के नैनोकणों को समान रूप से सामग्री की सतह पर वितरित किया जाएगा और पेरोसाइट मैट्रिक्स के साथ बंधन द्वारा स्थिर किया जाएगा।हालांकि, प्लैटिनम को पेरोव्स्काइट जाली में पेश करना आसान नहीं था - प्लैटिनम ऑक्साइड PtO2 और अन्य संबंधित यौगिक अस्थिर होते हैं, और जब गर्म किया जाता है, तो अधिकांश प्लैटिनम पेरोव्स्काइट जाली में प्रवेश करने के लिए समय के बिना कम हो जाता है। इस समस्या को हल करने के लिए, इरविन और उनके सहयोगियों ने मध्यवर्ती नमक Ba3Pt2O7 को संश्लेषित किया - उन्होंने स्वयं इसे ट्रोजन हॉर्स विधि कहा। यह यौगिक अधिक स्थिर निकला और ऑक्सीजन के वातावरण में 100 डिग्री सेल्सियस तक गर्म हो गया। फिर सब कुछ योजना के अनुसार चला गया - प्लैटिनम ने टाइटेनियम की स्थिति में पेरोसाइट संरचना में प्रवेश किया, और लैंथेनम की स्थिति में बड़ा बेरियम। प्राप्त पेरोसाइट को बारह घंटे के लिए 700 डिग्री तक गर्म करने के बाद, सभी प्लैटिनम शून्य ऑक्सीकरण अवस्था में चले गए और जाली को छोड़ दिया। लेखकों ने दो अलग-अलग पेरोव्स्काइट्स का परीक्षण किया - La0.4Ca0.3925Ba0.0075Pt0.005Ti0.995O3 (Pt-LCT) और La0.4Sr0.3925Ba0.0075Pt0.005Ti0.995O3 (Pt-LST)। नतीजतन, हम पीटी-एलसीटी पर बस गए, जिसमें प्लैटिनम नैनोकणों का एक समान आकार है - लगभग पंद्रह नैनोमीटर।

विभिन्न उत्प्रेरकों के लिए सीओ रूपांतरण की तापमान निर्भरता; कट में - सतह ऑक्सीजन की भागीदारी के साथ सीओ ऑक्सीकरण का तंत्र

प्राप्त कंपोजिट उत्कृष्ट उत्प्रेरक बन गए: सीओ से पीटी-एलसीटी का पूर्ण रूपांतरण पहले से ही 190 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर हुआ। व्यावसायिक रूप से उपलब्ध Pt-Al203 उत्प्रेरक के मामले में, पूर्ण रूपांतरण केवल 220 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर ही प्राप्त किया जा सकता है। अन्य अशुद्धता गैसों का रूपांतरण भी, समान परिस्थितियों में, Pt-Al203 की तुलना में औसतन 20 प्रतिशत अधिक था। पीटी-एलसीटी की इतनी उच्च गतिविधि का कारण पेरोसाइट जाली से सतह ऑक्सीजन का उत्प्रेरक प्रभाव है, जिसने प्लैटिनम कणों के प्रभाव को बढ़ाया।

नए उत्प्रेरक में प्लैटिनम नैनोकणों की स्थिरता भी बेहतर निकली। पीटी-एलसीटी उत्प्रेरक को ३५० घंटे के लिए ८०० डिग्री सेल्सियस के तापमान पर लगातार गर्म करने के बाद, प्लैटिनम नैनोकणों का औसत आकार वैसा ही रहा जैसा वह था - लगभग पंद्रह नैनोमीटर। उत्प्रेरक की गतिविधि भी व्यावहारिक रूप से अपरिवर्तित रही, जबकि Pt-Al203। उन्हीं परिस्थितियों में अपनी गतिविधि को स्पष्ट रूप से खो दिया - उदाहरण के लिए, CO रूपांतरण का तापमान तीस डिग्री सेल्सियस बढ़ गया।

इरविन और उनके सहयोगियों का सुझाव है कि नए प्लैटिनम-पेरोव्स्काइट कंपोजिट का उपयोग न केवल ऑटोमोटिव फिल्टर में किया जा सकता है, बल्कि अन्य प्रतिक्रियाओं को उत्प्रेरित करने के लिए भी किया जा सकता है।

वर्ष की शुरुआत में, चीनी रसायनज्ञों ने पता लगाया कि मोलिब्डेनम कार्बाइड मैट्रिक्स में प्लैटिनम नैनोकणों के उत्प्रेरक पर हाइड्रोजन गठन की प्रतिक्रिया कैसे आगे बढ़ती है। लेखकों ने समग्र में प्लैटिनम की इष्टतम मात्रा पाई और 40 डिग्री सेल्सियस के रिकॉर्ड कम तापमान पर हाइड्रोजन प्राप्त करने में कामयाब रहे।

नतालिया समोइलोवा