Hoe gas-nanobellen de vast-vloeibaar-gasreacties versnellen

Schematische verlichting van een vast-vloeibaar-gasreactie tot stand gebracht in een vloeibare cel.Natuurmaterialen (2022). DOI: 10.1038/s41563-022-01261-x

Vast-vloeibaar-gasreacties komen veel voor in verschillende natuurlijke fenomenen en industriële toepassingen, zoals waterstof-zuurstof-brandstofcelreacties, heterogene katalyse en metaalcorrosie in omgevingen. Het gastransport in vloeistof en de daaropvolgende reacties op de driefasige grensvlakken zijn echter niet goed begrepen.

Een gezamenlijk onderzoeksteam onder leiding van prof. Chen Jige van het Shanghai Advanced Research Institute (SARI) van de Chinese Academie van Wetenschappen rapporteerde een real-time observatie van de versnelde voortgang van het etsen van vaste stof-vloeistof-gas van gouden nanostaafjes door de introductie van gas-nanobellen. Ze ontdekten dat het onderliggende microscopische mechanisme afhankelijk was van de dikte van de vloeistoflaag.

De resultaten zijn gepubliceerd in Natuurmaterialen.

Transmissie-elektronenmicroscopie met vloeibare cellen (TEM) maakt de realtime observatie mogelijk van het versnelde etsen van gouden nanostaafjes met zuurstof-nanobellen in waterig waterstofbromide.

De onderzoekers ontdekten dat wanneer een zuurstof-nanobel zich dicht bij een nanostaafje onder de kritische afstand (~ 1 nm) bevond, de lokale etssnelheid aanzienlijk werd verhoogd met meer dan één orde van grootte.

Moleculaire dynamische simulatieresultaten onthulden dat de sterke aantrekkelijke Van der Waals-interactie tussen de gouden nanostaaf en zuurstofmoleculen het zuurstoftransport door de dunne vloeistoflaag regelde en dus leidde tot een verhoogde etssnelheid.

Deze studie werpt licht op het rationele ontwerp van vast-vloeibaar-gasreacties voor verbeterde activiteiten en biedt een veelbelovende benadering om de vast-vloeibaar-gasreactiesnelheid te wijzigen.