Gastransport door een metaalcluster bevattende kristallijne vaste stof. Hydrogen en koolmonoxide reizen met verschillende snelheden vanwege hun moleculaire grootte ten opzichte van de grootte van tunnels op nanoschaal in de structuur. Terwijl waterstof omkeerbaar bindt, bindt koolmonoxide onomkeerbaar en vervormt het oorspronkelijke kroonmotief van de platina en gouden atomen in een koelmotief. Credit: Tokyo Metropolitan University
Onderzoekers van de Tokyo Metropolitan University hebben opgehelderd hoe waterstof en koolmonoxide wordt geadsorbeerd in vaste stoffen die een kroonmotiefstructuur van platina en goud bevatten. Met behulp van quick-scan röntgenabsorptiemetingen en theoretische berekeningen bestudeerden ze een vaste stof van [PtAu8(PPh3)8]-H[PMo12O40] PTAU8-PMO12 genoemd en ontdekte dat gasadsorptie sterk wordt beïnvloed door de dimensie van lege ruimtes in de structuur.
Dit benadrukt het belang van technische leegte in materialen voor de volgende generatie sensoren en gasscheiding. Het werk is gepubliceerd in het dagboek Nanoschaal.
Ligand-beschermde metaalclusters zijn een bron van grote interesse geweest voor chemici bij de ontwikkeling van geavanceerde materialen. Clusters van metaalatomen omgeven door chemische groepen (liganden) nemen geometrieën die fundamenteel verschillen van de metalen in bulk, waardoor onderscheidende eigenschappen worden aangenomen waardoor ze vooral nuttig zijn voor katalysatoren.
Een veelbelovende toepassing is het gebruik van platina dat clusters bevat bij het versnellen van de productie van waterstof, de “waterstofevolutiereactie (HER).” Dit heeft de studie van gastransport gemaakt in metalen clusters die vaste stoffen bevatten, een bijzonder belangrijk onderwerp van onderzoek.
Een team van onderzoekers onder leiding van professor Seiji Yamazoe van de Tokyo Metropolitan University heeft een bepaalde structuur bestudeerd bestaan Gouden atomen.
De kroon werd beschermd door fosfine -liganden en de gehele structuur werd opgenomen in een kristalstructuur. Het doel was om op te helderen hoe zo’n vaste stof, rijk aan platinaatomen die gasmoleculen kunnen binden, kunnen interageren met geïntroduceerde gassen.
Het team keek naar waterstof- en koolmonoxide en de vaste PTAU8-PMO12, met behulp van quick-scan röntgenabsorptiemetingen met intervallen van 0,1 seconden om te traceren hoe de microscopische structuur van de vaste stof veranderde naarmate gassen werden geïntroduceerd. Beide gassen bleken met succes te binden aan het platinaatoom, waardoor de omringende atoomstructuur en de elektronische toestand van het platina -atoom drastisch veranderde.
Waterstof werd aanzienlijk sneller geadsoreerd dan koolmonoxide, en op een omkeerbare manier. Door observaties en theoretische berekeningen werd gevonden dat dit grotendeels te wijten was aan de kleinere grootte van de waterstofmoleculen.
PTAU8-PMO12 bestaat uit leegte verbonden door ultradunne kanalen; Dankzij de grootte van het waterstofmolecuul was het in staat om sneller via deze kanalen te diffunderen. Hoewel waterstof sneller was, bleek dat koolmonoxide onomkeerbaar was gebonden aan platinaatomen.
De interactie was sterk genoeg en de leegte smal genoeg dat dit leidde tot een vervorming van de omliggende structuur, waardoor een “chalice-motief” werd gecreëerd, met het platina dieper in de originele kroon.
Dit onderzoek maakte deel uit van een groter initiatief om structurele herprogrammering van chemische verbindingen te begrijpen en mogelijk te maken. Door dit werk heeft het team het belang benadrukt van het ophelderen van diffusie in leegte als een belangrijk onderdeel van het begrijpen van structurele verandering en gastransport in vaste stoffen.
Meer informatie:
Tomoki Matsuyama et al, in situ QXafs -studie van Co en H2 adsorptie op Pt in [PtAu8(PPh3)8]-H[PMo12O40] stevig, Nanoschaal (2024). Doi: 10.1039/d4nr03785e
Dagboekinformatie:
Nanoschaal
Geboden door Tokyo Metropolitan University
