استخدام المواد الخام بشكل أكثر استدامة

إن التوضيح التجريبي للهياكل الموجودة في السطح البيني بين المحفز العامل والجزيئات المتفاعلة هو المفتاح لفهم أساسي للحفز غير المتجانس. قام باحثون من معهد فريتز هابر التابع لجمعية ماكس بلانك بإعادة تعيين الطيف الاهتزازي لخامس أكسيد الفاناديوم، وهو محفز مهم لتخليق المنتجات القيمة من خلال تفاعل الجزيئات العضوية مع أكسجين الطور الغازي، وبالتالي تمكنوا من توضيح المراكز التي وتشارك في تنشيط جزيء الأكسجين وأكسدة الهيدروكربونات. في التركيب البلوري لخامس أكسيد الفاناديوم، يتم التمييز بين ثلاثة أنواع مختلفة من ذرات الأكسجين من خلال كيفية ربط ذرات الفاناديوم المجاورة. يختلف الأطياف الاهتزازية للأكسيد المقاسة بواسطة مطياف رامان عندما يتم استبدال ذرات الأكسجين ذات الكتلة الذرية المنتظمة 16 بنظير الأكسجين الأثقل ذو الكتلة 18. وقد قام الباحثون الآن بمحاكاة أطياف رامان للحالات التي يكون فيها أي واحد فقط من الثلاثة المواضع في المادة الصلبة أو الثلاثة كلها تشغلها ذرة أكسجين أثقل. من خلال مقارنة الأطياف المحسوبة مع الأطياف المقاسة في وجود الأكسجين النظائري، أظهر فريق معهد فيتز هابر أي من ذرات الأكسجين الثلاثة المختلفة في شبكة المحفز تتفاعل مع الطور الغازي. نظرًا للبنية المحددة جيدًا للمادة الصلبة وحقيقة أن التحقيقات قد أجريت في ظل ظروف تحفيز واقعية، فقد تم التحقق من الاستنتاجات تجريبيًا حول تأثير ظروف التفاعل في أكسدة البروبان على هيكل المحفز العامل. يعتمد نوع ذرة الأكسجين وما إذا كان السطح فقط أو المراكز الموجودة في الطبقات العميقة من المادة الصلبة متضمنة في التفاعل على درجة الحرارة والتركيب الكيميائي للطور الغازي. هذه المعلومات مهمة لأن أنواع الأكسجين المختلفة توجه التفاعل السطحي إما نحو منتجات الأكسدة القيمة أو نحو الاحتراق الكلي للهيدروكربون إلى ثاني أكسيد الكربون. وقد وجد أنه فقط في درجات حرارة عالية جدًا وتحت ظروف مخفضة للغاية يتم استبدال ذرات الأكسجين في شبكة المحفز بذرات الأكسجين من الطور الغازي. في ظل الظروف التي ينتج فيها المحفز منتجات تفاعل عالية القيمة مثل البروبيلين أو المواد المؤكسجة، فإن هذا ليس هو الحال ولا يمكن قياسه إلا بعد فترات طويلة من التشغيل. وهذا يعني أنه يجب إعادة النظر في المفاهيم الميكانيكية والتصميمية الراسخة في تحفيز الأكسدة من أجل تحقيق الاستخدام المستدام للمواد الخام عن طريق تجنب احتراقها الكامل وتحولها إلى ثاني أكسيد الكربون.