نانوكاتاليست

 

فهرست

 

 

 

مقدمه

 

2-1-كاتاليست ناهمگن

 

2-2-واكنشهاي ناهمگن كجا اهميت پيدا مي كنند؟

 

2-4-كاتاليست سه گانه Threeway Catalyse

 

2-5-فراوري نيمه هاديها و نانوتكنولوژي

 

2-6-ديگر زمينه هاي كاربرد دانش سطح

 

2-7-ساختار سطح

 

2-8-سطح ايده آل صاف

 

2-9-ترازهاي سطح بالا و ترازهاي مجاور آن

 

2-10-سطوح مقابل Faceted surface

 

2-11-سطوح جفت فلزي Bimetallic Surfaces

 

2-12-مفهوم ناهمگني سطح بخاطر مواد جذبي

 

2-13-بازسازي سطوح تميز

 

2-14-جزيره ها Islands

 

2-15-وضعيت الكتروني توده Bulk Electronic State:

 

2-16-فلزات نيم رساناها و نارساناها Metals , Semicon ductors and insulators

 

 

مقدمه:

 

نويسنده كتاب مرجع در دوران دانشجويي پروژه اي در مورد «علم سطح» داشته است. براي اين پروژه كتابي از Robert , Mckeeرا تحت عنوان «شيمي سطح فصل مشترك گاز- فلز "Chemistry of the Metal –Gas Interface"مطالعه كرده است. اين كتاب نقطة شروعي براي آشنايي با علم شيمي سطح بود. اما با كشف Binnigو Rohrer  در زمينة تونلهاي اسكن ميكروسكوپي (Scaning Tunnelling Microscopy (STM))در سال 1983، دانش سطح دچار تغيير شد. از آن به بعد اين توانايي بوجود آمد كه بتوانيم با وضوح زياد از سطوح و گونه هاي boundسطح عكس بگيريم. مدت زيادي طول نكشيد كه Eigler , Schwizerثابت كردند كه مي توان اين كار را در مقايس اتم انجام داد. بعلاوه تكنولوژي ساخت پردازنده هاي سريعتر و ارزانتر بيشتر و بيشتر به دانش سطح مربوط مي شد.

 

تكنولوژي STMبه ما اين امكان را مي داد كه مكانيك كوانتوم را مشاهده كنيم كاري كه قبلاً امكان آن وجود نداشت. بعنوان مثال ما سطح Si(100)را در دو عكس نشان داده ايم. در عكس2-1-aوضعيت bondingپيوندها به تصوير درآمده است. در عكس2-1-bوضعيت anti bondingشكستن پيوندها نشان داده شده است. همچنانكه انتظار مي رود، شكستن پيوند (anti bonding) گره اي را بين اتمها بوجود مي آورد در حاليكه تشكيل پيندها دانسيته فضاي بين الكترونها را بالا مي برد.

 

 

دانش سطح هميشه در ارتباط با علوم در مقياس نانو بوده است. كاتاليست نمودي از شيمي سطح است. با ظهور نانو تكنولوژي، آشكار شد كه كنترل كاتاليست در سطح مولكولي به پارامترهاي بيشتري وابسته است. نوشته حاضر ارايه مطالبي است از نقطه نظر يك دينامسيت براي درك دانش سطح بعنوان زير مجموعه اي از علوم كاتاليست هاي ناهمگن و نانو تكنولوژي.

 

2-1-كاتاليست ناهمگن:

 

يكي از موردهاي اساسي براي مطالعه واكنشهاي شيميايي روي سطوح، ميل به فهم واكنشهاي كاتاليستي ناهمگن است. كاتاليستهاي ناهمگن پايه و اساس صنايع شيميايي است. در واقع كاتاليستهاي ناهمگن در يك فعاليت اقتصادي بيليون دلاري شركت  دارند. صنايع شيميايي بدون وجود كاتاليستهاي ناهمگن هرگز به چنين موفقيتي دست نمي‌يافتند.هدف اين فصل يادآوري شيمي مواد كاتاليست نيست بلكه مي خواهيم بدانيم كه چرا فعاليت كاتاليستي وجود دارد و چگونه مي توانيم آن را كنترل كنيم.

 

ابتدا بايد تعريف كنيم كه منظور از Catalysisو Catalyseچيست؟ Catalysisاز دو واژة يوناني (lv62s , kata) تشكيل شده كه اولين بار سال 1936 بوسيله برزيلي ها استفاده شد. Armstrongواژة Catalystرا در سال 1885 استفاده كرد.

 

يك كاتاليست يك ماده شيميايي فعال است. در واكنش شركت مي كند اما مصرف نمي‌شود. كاتاليست با تغيير انرژي اكتيواسيون در واكنش تاثير مي گذارد. همانگونه كه در شكل 2-2 نشان داده شده است با كم كردن انرژي اكتيواسيون مورد نياز، كاتاليست سرعت واكنش را افزايش مي دهد. گرچه مي دانيم كه خواص وضعيت تعادل را تغيير نمي دهد. همانگونه كه مي دانيد سينتيك واكنش در معادله آرينوس (فاكتور قبل از exp) با انرژي فعال سازي تعيين مي شد، توليت تعادل با سطوح انرژي مواد اوليه و محصولات تعيين مي‌شد.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شكل 2-2

 

لازم به يادآوري  است كه سرعت بخشيدن به واكنش تنها عامل مهم در فعاليت كاتاليستي نيست. اگر كار كاتاليستها فقط سرعت دادن به واكنشها بود، اهميت آنها اين مقدار نبود. كاتاليستها مي توانند طوري طراحي شوند كه كارشان فقط سرعت دادن به واكنش نباشد؛ بهترين آنها مي توانند اين مقوله را نيز شامل شوند: انتخاب پذيري selectively. به بيان ديگر، براي ما اين مهم است كه كاتاليستها واكنشهاي دلخواه ما را سرعت دهند، نه اينكه همه واكنشها را، اين موضوع نيز در شكل 2-2 نشان داده شده است، آنجا كه انرژي اكتيواسيون براي محصول دلخواه Bبيشتر از محصول ديگر C، كاهش داده شده است.

 

چرا سطوح؟

 

واكنشهاي ناهمگن در سيستمهايي رخ مي دهند كه دو فاز يا بيشتر حضور دارند، براي مثال جامد و مايع يا گاز و جامد. واكنش در سطح تماس interfaceبين دو فاز رخ مي‌دهد. Interfaceجايي است كه دو فاز با هم تماس پيدا مي كنند. Interfaceمايع–جامد مورد دلخواه ما هستند زيرا سطح يك جامد اين امكان را به ما مي دهد كه كاتاليست در interfaceبي حركت بماند و در جريان فرايند شكسته نشود و از مقدار آن كم نشود. اغلب كاتاليستها بسيار ريز هستند (ماده فعال) كه به سطوح با مساحت زياد چسبيده اند.

 

ما به سطوح توجه ويژه اي داريم نه فقط به اين خاطر كه محل تماس دو فاز هستند و جايي براي قرار دادن كاتاليست ها در آن. سطح يك جامد متفاوت از بدنه جامد يا تودة جامد (bulk) است پيوند سطح از پيوند توده جامد متفاوت است، بنابراين انتظار داريم كه سطح از نظر شيميايي منحصر بفرد باشد.

 

 

 

نانوكاتاليست

شما هم می توانید در مورد این فایل نظر دهید.