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 Cryo-electron microscopy achieves unprecedented resolution using new computational methods
24.03.2017 | DOE/Lawrence Berkeley National Laboratory

nachricht How cheetahs stay fit and healthy
24.03.2017 | Forschungsverbund Berlin e.V.

All articles from Life Sciences >>>

The most recent press releases about innovation >>>

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

Im Focus: Wegweisende Erkenntnisse für die Biomedizin: NAD⁺ hilft bei Reparatur geschädigter Erbinformationen

Eine internationale Forschergruppe mit dem Bayreuther Biochemiker Prof. Dr. Clemens Steegborn präsentiert in 'Science' neue, für die Biomedizin wegweisende Forschungsergebnisse zur Rolle des Moleküls NAD⁺ bei der Korrektur von Schäden am Erbgut.

Die Zellen von Menschen und Tieren können Schäden an der DNA, dem Träger der Erbinformation, bis zu einem gewissen Umfang selbst reparieren. Diese Fähigkeit...

Im Focus: Designer-Proteine falten DNA

Florian Praetorius und Prof. Hendrik Dietz von der Technischen Universität München (TUM) haben eine neue Methode entwickelt, mit deren Hilfe sie definierte Hybrid-Strukturen aus DNA und Proteinen aufbauen können. Die Methode eröffnet Möglichkeiten für die zellbiologische Grundlagenforschung und für die Anwendung in Medizin und Biotechnologie.

Desoxyribonukleinsäure – besser bekannt unter der englischen Abkürzung DNA – ist die Trägerin unserer Erbinformation. Für Prof. Hendrik Dietz und Florian...

Im Focus: Fliegende Intensivstationen: Ultraschallgeräte in Rettungshubschraubern können Leben retten

Etwa 21 Millionen Menschen treffen jährlich in deutschen Notaufnahmen ein. Im Kampf zwischen Leben und Tod zählt für diese Patienten jede Minute. Wenn sie schon kurz nach dem Unfall zielgerichtet behandelt werden können, verbessern sich ihre Überlebenschancen erheblich. Damit Notfallmediziner in solchen Fällen schnell die richtige Diagnose stellen können, kommen in den Rettungshubschraubern der DRF Luftrettung und zunehmend auch in Notarzteinsatzfahrzeugen mobile Ultraschallgeräte zum Einsatz. Experten der Deutschen Gesellschaft für Ultraschall in der Medizin e.V. (DEGUM) schulen die Notärzte und Rettungsassistenten.

Mit mobilen Ultraschallgeräten können Notärzte beispielsweise innere Blutungen direkt am Unfallort identifizieren und sie bei Bedarf auch für Untersuchungen im...

Im Focus: Gigantische Magnetfelder im Universum

Astronomen aus Bonn und Tautenburg in Thüringen beobachteten mit dem 100-m-Radioteleskop Effelsberg Galaxienhaufen, das sind Ansammlungen von Sternsystemen, heißem Gas und geladenen Teilchen. An den Rändern dieser Galaxienhaufen fanden sie außergewöhnlich geordnete Magnetfelder, die sich über viele Millionen Lichtjahre erstrecken. Sie stellen die größten bekannten Magnetfelder im Universum dar.

Die Ergebnisse werden am 22. März in der Fachzeitschrift „Astronomy & Astrophysics“ veröffentlicht.

Galaxienhaufen sind die größten gravitativ gebundenen Strukturen im Universum, mit einer Ausdehnung von etwa zehn Millionen Lichtjahren. Im Vergleich dazu ist...

Im Focus: Giant Magnetic Fields in the Universe

Astronomers from Bonn and Tautenburg in Thuringia (Germany) used the 100-m radio telescope at Effelsberg to observe several galaxy clusters. At the edges of these large accumulations of dark matter, stellar systems (galaxies), hot gas, and charged particles, they found magnetic fields that are exceptionally ordered over distances of many million light years. This makes them the most extended magnetic fields in the universe known so far.

The results will be published on March 22 in the journal „Astronomy & Astrophysics“.

Galaxy clusters are the largest gravitationally bound structures in the universe. With a typical extent of about 10 million light years, i.e. 100 times the...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Rund 500 Fachleute aus Wissenschaft und Wirtschaft diskutierten über technologische Zukunftsthemen

24.03.2017 | Veranstaltungen

Lebenswichtige Lebensmittelchemie

23.03.2017 | Veranstaltungen

Die „Panama Papers“ aus Programmierersicht

22.03.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Rund 500 Fachleute aus Wissenschaft und Wirtschaft diskutierten über technologische Zukunftsthemen

24.03.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Förderung des Instituts für Lasertechnik und Messtechnik in Ulm mit rund 1,63 Millionen Euro

24.03.2017 | Förderungen Preise

TU-Bauingenieure koordinieren EU-Projekt zu Recycling-Beton von über sieben Millionen Euro

24.03.2017 | Förderungen Preise