Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

A thin-skinned catalyst for chemical reactions

13.12.2012
Yolk-shell nanocrystal structure offers greater selectivity for heterogeneous catalysis

A chemical nanostructure developed by Boston College researchers behaves much like the pores of the skin, serving as a precise control for a typically stubborn method of catalysis that is the workhorse of industrial chemistry.


Boston College researches started with a metallic crystal. It was then coated with a "sacrificial layer" of copper oxide. The application of ZIF-8 formed a porous skin that then etched away the copper. Within the resulting cavity, researchers were able to control the chemical reaction thanks to the skin-like shell of ZIF-8.

Credit: Journal of the American Chemical Society

Scientists have been trying to develop so-called yolk-shell catalysts as a means of imparting greater selectivity on heterogeneous catalysis, a process used in most industrial chemistry, including the manufacture of fine chemicals, petrochemicals and agrochemicals.

Boston College Assistant Professor of Chemistry Chia-Kuang Tsung and his team developed a nanostructure that can regulate chemical reactions thanks to a thin, porous skin capable of precisely filtering molecules based on their size or chemical make-up, the group reported recently in the Journal of the American Chemical Society.

"The idea is to make a smarter catalyst," said Tsung. "To do that, we placed a layer of 'skin' on the surface that can discriminate between which chemical reacts or does not react with the catalyst."

The team started with a nanoscale metallic crystal, then applied a "sacrificial layer" of copper oxide over it, Tsung said. Next, a shell of highly refined material known as a metal-organic framework, or MOF, was applied to the structure. Immediately, the polycrystalline MOF adhered to the cooper oxide, forming and outer layer of porous "skin". At the same time, the MOF began to etch away the copper oxide layer from the surface of the crystal, creating a tiny chamber between the skin and the catalyst where the chemical reaction can take place.

Testing the structure with gases of varying molecular structure, Tsung said the skin proved it could allow ethylene, with the small molecule size, to pass through and reach the catalyst. The gas cyclooctene, with larger molecule size, was effectively blocked from reaching the catalyst. Tests showed the central difference between new method and earlier incarnations of yolk-shell catalysts was the creation of the empty chamber between the skin and catalyst, the researchers reported.

Tsung said the unprecedented level of control is a significant step in the use of unique nanoscale chemical structures in the effort to impart greater selectivity and control on heterogeneous catalysis, a proven process used to create chemicals in nearly all areas outside of pharmaceutical research, which employs homogeneous catalysis.

Scientists have been looking for ways to exert greater selectivity in heterogeneous catalysis in an effort to expand its application and extend "green chemistry" benefits of reduced byproducts and waste, Tsung said.

The key to the nanocrystal is the extremely precise structure of the metal-organic framework, Tsung said, which gives the skin an intricate network of pore-like passages through which select gases or liquids can pass before contacting the catalyst and triggering the desired reaction.

"We can make these pores very precisely, just like your skin or like the membrane surrounding a cell," Tsung said. "We can change their composition and chemical properties in order to accept or reject certain types of reactions. That is a level of control chemists in a variety of fields are eager to see nurtured and refined."

Ed Hayward | EurekAlert!
Further information:
http://www.bc.edu

More articles from Life Sciences:

nachricht Shark Tagged by NSU’s Guy Harvey Research Institute Is Apparently Enjoying Time in Warm, Tropical Waters
30.03.2015 | Nova Southeastern University

nachricht Misuse of Sustainability Concept May Lead to Even More Toxic Chemical Materials
30.03.2015 | Zelinsky Institute of Organic Chemistry, Russian Academy of Sciences

All articles from Life Sciences >>>

The most recent press releases about innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Rostocker Forscher entwickeln Mess-System für Schiffbau-Versuchsanstalten

Durch wissenschaftlich fundierte Daten der Forscher um Professor Nils Damaschke vom Institut für Allgemeine Elektrotechnik der Universität Rostock wird es künftig möglich, die Propellerform für Schiffe so zu optimieren, dass weniger Kraftstoff verbraucht und der Propellerverschleiß auf Grund von Kavitation reduziert werden kann. Die Wissenschaftler arbeiten inzwischen an der weiteren Verfeinerung eines kommerziellen Mess-Systems für die weltweit agierenden Schiffbau-Versuchsanstalten.

Kleinste Partikel spielen im täglichen Leben eine immer größere Rolle. Ob es sich um Schadstoffe in der Luft (Feinstaubbelastung) oder Zerstäubungsprozesse...

Im Focus: Den Synapsen bei der Arbeit zusehen

Göttinger Forscher beobachten Synapsenaktivität im Gehirn lebender Fruchtfliegen

Wissenschaftler der Universität Göttingen haben mit einer neuen Methode die Aktivität von Nervenzellen im Gehirn lebender Fruchtfliegen beobachtet. Bislang...

Im Focus: FiberLab-Roboter begeistert auf Photonics West in San Francisco

Mit ihrem „humanisierten“ Roboter zeigten Anna Lena Baumann und Wolfgang Schade erstmalig die erfolgreiche Umsetzung der 3D-Navigation über eine neuartige Lasermethode, der Standard Single-Mode-Glasfaser. Mehr als 17.000 Teilnehmer konnten den Roboter und FiberLab, das erste Projekt des Photonik Inkubators in Göttingen, auf der Photonics West in San Francisco kennen lernen.

Mit Hilfe eines in die Kleidung eingenähten Fasersensors wurden Armbewegungen eines Probanden dokumentiert und nach entsprechender Auswertung an den Roboter...

Im Focus: Femto Photonic Production: Neue Verfahren mit Ultrakurzpulslasern für die Fertigung von morgen

Für die deutsche Wirtschaft spielt die Lasertechnik eine herausragende Rolle: Etwa 40 Prozent der weltweit verkauften Strahlquellen und 20 Prozent der Lasersysteme für die Materialbearbeitung stammen aus Deutschland.

Beim Einsatz von Lasern in der Produktion sind deutsche Unternehmen führend. Diese Stärken gilt es zu erhalten und auszubauen. Deswegen hat das...

Im Focus: Theorie der starken Wechselwirkung bestätigt: Supercomputer bestimmt Neutron-Proton-Massendifferenz

Nur weil das Neutron ein klein wenig schwerer ist als das Proton, haben Atomkerne genau die Eigenschaften, die unsere Welt und letztlich unsere Existenz ermöglichen.

80 Jahre nach der Entdeckung des Neutrons ist es einem Team aus Frankreich, Deutschland und Ungarn unter Führung des Wuppertaler Forschers Zoltán Fodor nun...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Premiere für die "innteract conference"

30.03.2015 | Veranstaltungen

Startup Weekend: In 54 Stunden von der Gründungsidee zur Firmengründung

30.03.2015 | Veranstaltungen

Große Bühne für Wissenschaft in drei Minuten

30.03.2015 | Veranstaltungen

 
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

BLS Cargo bestellt 15 Mehrsystem-Loks

30.03.2015 | Unternehmensmeldung

Elastografie verbessert Therapie bei Morbus Crohn

30.03.2015 | Medizintechnik

Premiere für die "innteract conference"

30.03.2015 | Veranstaltungsnachrichten