При удалении избыточного водорода возникают сюрпризы, связанные с летучестью: новые идеи могут привести к более эффективным методам сбора лишнего водорода, который может подвергнуться коррозии и взорваться.

Но иногда во время этого процесса связывания, называемого каталитическим гидрированием, частично гидрогенизированные продукты становятся летучими, тают и испаряются, прежде чем они смогут связываться с большим количеством атомов водорода. Теперь исследователи выяснили, как и почему эта летучесть изменяется во время гидрогенизации, предполагая, что прежде недооцениваемый эффект углерод-водородных связей в молекуле является главным виновником.Новый анализ, опубликованный в The Journal of Chemical Physics от AIP Publishing, может помочь химикам определить идеальные условия, необходимые для каталитического гидрирования, чтобы они могли лучше удалить избыток водорода.«Это создает модель поведения других органических геттеров, позволяющую нам прогнозировать их оптимальные рабочие температуры и окружающую среду», — сказал Лонг Дин, физик из Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса.

Дин и его коллеги сосредоточились на газопоглотителе, называемом 1,4-бис (фенилэтинил) бензол, или DEB. Для удаления водорода кристаллические хлопья ДЭБ смешивают с катализаторами в виде твердых гранул.

Гранулы изготовлены из активированного угля, пористая структура которого обеспечивает значительную площадь поверхности, покрытого наночастицами палладия. Палладиевый катализатор расщепляет молекулы водорода на атомы водорода, которые затем могут связываться с DEB и образовывать углерод-водородные связи.DEB — это геттер большой емкости, способный связывать до восьми атомов водорода.

Большинство исследователей полагали, что по мере того, как геттеры, такие как DEB, связываются с большим количеством атомов водорода и увеличиваются в размерах, они становятся более летучими. При высоких рабочих температурах они могут испаряться, уносясь далеко от каталитических гранул, где нет атомов водорода, с которыми можно было бы связываться. «Вы преждевременно останавливаете процесс гидрогенизации», — сказал Динь.

Но исследователи обнаружили, что на первых двух этапах гидрирования, когда DEB образует две углерод-водородные связи за этап (углерод-водородные связи создаются на противоположных сторонах углеродной цепи молекулы), летучесть молекулы фактически снижается. Только на последующих стадиях гидрирования DEB становится более летучим.Чтобы изучить, как и почему DEB изменяется в летучести, исследователи измерили такие свойства, как давление пара и точки плавления, исследовали молекулярную структуру и выполнили квантово-механическое компьютерное моделирование для моделирования процесса гидрирования.

Их анализ показывает, что углерод-водородные связи в DEB играют ключевую роль в летучем поведении молекулы.Во время гидрирования водород связывается с атомами углерода в DEB.

Согласно общепринятому мнению, образующаяся углерод-водородная связь неполярна — ни один из концов структуры штанги не заряжен более отрицательно или положительно, чем другой. Но оказывается, что углеродный конец немного более отрицательный, а связь углерод-водород образует слабый диполь, объяснил Динь.

Как диполь, связь углерод-водород может притягивать или отталкивать другие связи углерод-водород в других молекулах DEB. В зависимости от того, как устроены углерод-водородные связи и сколько их содержится в промежуточных продуктах DEB, молекулы могут либо притягиваться, либо отталкиваться друг от друга и, таким образом, быть менее или более летучими, соответственно.

По словам Дина, в предыдущих исследованиях эти коллективные взаимодействия между углеродно-водородными связями в органических кристаллах не учитывались.Из своего анализа исследователи определили, что оптимальные условия для гидрирования DEB ниже примерно 175 градусов по Фаренгейту, если проводить его в хорошем вакууме. «Наши результаты, — сказал Динь, — могут быть аналогичным образом применены и к другим каталитическим системам поглощения органического водорода».


Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *