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一個可以將多種金屬結合成均勻混合納米顆粒的新技術介紹

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依據他們在2018年3月30日發行的科學雜志封面文章中報導的研討,這項新技術使研討人員能夠吞并多種金屬,包括那些一般以為不能混合的金屬。研討人員指出,這一進程現已導致了在動力和化學工業中有用的創新和安穩納米粒子的開發。

幾種工業產品如塑料和肥料是在催化劑的幫助下組成的,這些催化劑是加速化學反應的物質。在這樣的進程中,金屬合金納米顆粒發揮要害作用; 但是,迄今為止,因為出現了綁縛,只需一小部分這樣的顆粒是可用的,一起將極點不同的金屬組組成均勻合金或金屬組合。當縮小到催化運用所需的納米級時,問題往往更加困難。

新技術包括運用沖擊波以極高的速度將金屬加熱至異常高的溫度,即等于或高于2000 K,加熱以及在幾毫秒內將其冷卻。通過在更高的溫度下將金屬熔融在一起構成小液滴溶液。然后將液滴快速冷卻以構成均勻的納米顆粒。這種被稱為高熵合金納米粒子的新材料被以為在工業相關的化學反應中作為催化劑具有廣泛的運用,能夠跋涉出產進程中的動力功率并下降出產本錢。

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該研討的一起作者之一Chao Wang說:“ 這種方法能夠使自然界中不存在的金屬組組成為新的組合,”他是約翰霍普金斯懷廷工程學院化學與工程系助理教授生物分子工程。王和他的研討團隊開發了一種依據這些高熵合金納米粒子的五金屬催化劑,并且在將氨選擇性氧化成氮氧化物期間確立了其優異的催化功用?– 用于化學工業中用于組成硝酸的反應?– 一種要害化學肥料等產品的許多出產。

在王的實驗室進行的這項研討是與麻省理工學院,芝加哥伊利諾伊大學和馬里蘭大學學院公園的協作火伴協作的一部分。該方法能夠使各種金屬均勻混合,并且還能夠以催化進程所需的纖細顆粒的方法出產合金。取決于較低溫度和逐步加熱和冷卻方法的常規技術一般會導致金屬團簇替代單獨的顆粒。

為了開發納米粒子,研討人員將金屬鹽?– 通過金屬和酸(如硫酸和鹽酸)之間的互相作用組成了碳納米纖維?– 一種常用于催化作用的導電支撐材料。類似于短路的電脈沖被用于通過加熱激活金屬鹽,并且通過調整冷卻速率來控制混合物的熱力學和動力學性質。

通過不同金屬之間的協同作用,容許史無前例的反應途徑和催化機制。除了出產硝酸外,該團隊正在研討納米顆粒在反應中的用處,例如消除車輛廢氣中的氮氧化物。

這項研討沒有得到直接資助。約翰霍普金斯大學團隊通過大學的催化劑和發現獎供認內部支撐。國家科學基金會(NSF)通過發布DMR-0959470支撐設備的收購。水兵研討所多學科大學研討計劃贈款,國防部國防科學與工程研討生獎學金以及NSF贈款CMMI-1619743和DMR 1410636方法的額外支撐得到了作者的認可。

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