В ходе десятков исследований команда Вонга сосредоточилась на использовании крошечных металлических частиц для расщепления канцерогенных и токсичных соединений. Но в его последнем исследовании, которое доступно в Интернете и которое должно быть опубликовано в следующем выпуске журнала Chemical Science Королевского химического общества, исследовалось, могут ли нанокатализаторы палладий-золото превращать глицерин, побочный продукт производства биодизеля, в ценные химические вещества.
Выражаясь научным языком, данные исследования позволили получить «график вулкана», график с резким всплеском, который изображает «эффект Златовласки», «правильный» баланс палладия и золота, который быстрее — примерно в 10 раз быстрее — — при преобразовании глицерина, чем катализаторы любого металла в отдельности.
«Мы уже видели этот участок вулкана по крайней мере четыре раза, сначала с TCE, затем с загрязнением химчистки« перц », а в последнее время с хлороформом и нитритами», — сказал Вонг. "Примечательно то, что реакция в каждом случае очень разная."
В предыдущих исследованиях нанокатализаторы использовались в реакциях восстановления, химических процессах, отмеченных добавлением водорода. В последних тестах конверсии глицерина нанокатализаторы стимулировали реакцию окисления, которая включает добавление кислорода.
«Окисление и восстановление не просто отличаются друг от друга; их часто считают в противоположных направлениях», — сказал Вонг.
В химии роль катализатора очень похожа на роль свахи; катализаторы заставляют другие соединения реагировать друг с другом, часто находясь в непосредственной близости, но сами катализаторы не принимают участия в реакции. Катализаторы часто ускоряют реакции, которые в противном случае происходили бы слишком медленно, а производители лекарств и химические компании используют катализаторы для повышения эффективности своей химической обработки.
По прогнозам, к 2016 году мировой рынок промышленных катализаторов превысит 19 миллиардов долларов.
Палладий и золото — и их смеси — давно признаны чрезвычайно эффективными катализаторами.
Среди катализаторов сейчас ценится золото, потому что оно не тускнеет и не окисляется — процесс, который может сократить срок службы катализатора. Палладий обычно ценится, потому что он особенно хорош в связывании и побуждении молекул восстанавливать или окислять.
Вонг и его коллеги продемонстрировали способ объединить эти два металла с лучшим контролем. Они строят свои катализаторы на золотых сферах диаметром около четырех нанометров.
Сферы частично покрыты палладием, поэтому поверхность частиц содержит немного золота и немного палладия.
Вонг и его коллеги показали, что покрытие палладием 60-80 процентов площади поверхности золота обычно дает идеальный катализатор, хотя точный процент варьируется для разных реакций.
«Наша ручка синтеза, то, что мы используем для набора эффективности, — это зона покрытия, и точность этой ручки действительно отличает нас от других людей, изучающих биметаллический катализ», — сказал Вонг. "Эта точность — вот что создает эти прекрасные графики вулканов, но она также помогает и в другом смысле, потому что позволяет нам разработать строгое объяснение эффектов, которые мы измеряем."
В последнем исследовании Вонг, аспирант Райс и ведущий автор Чжун Чжао и его коллеги из Райса, Аргоннской национальной лаборатории и Университета Гронингена в Голландии использовали мощную рентгеновскую спектроскопию и другие методы, чтобы показать, что зона покрытия "Златовласки" для глицеринового катализа было около 60 процентов.
«Палладий окисляется сам по себе, что плохо, потому что он замедляет катализ», — сказал Чжао. «Мы обнаружили, что золото в наших катализаторах помогает стабилизировать палладий и предотвращает его разложение. Катализаторы в наших тестах имели чрезвычайно высокую долговечность. Наш лучший катализатор позволил получить глицериновый продукт с более высокой чистотой и за меньшее время, чем все, что мы нашли в литературе."
Вонг сказал, что это исследование открывает новую захватывающую область исследований для его лаборатории.
«Теперь, когда мы понимаем, как они работают с глицерином, мы можем изучать реакции других молекул биомассы, таких как глюкоза, строительный блок растений», — сказал Вонг.