Təxminən 10 ildir davam edən bir araşdırma, oksidlərin öz strukturlarına xas olan oksigeni istifadə edərək, müntəzəm olaraq necə davam edə bildiyinə dair yeni fikirlər verdi.

Bu sənəd Binghamton Universiteti, Brookhaven Milli Laboratoriyası, Lawrence Berkeley Milli Laboratoriyası, Pittsburq Universiteti, Milli Standartlar və Texnologiya İnstitutu və Çin Elmlər Akademiyası Universiteti daxil olmaqla 20-yə yaxın müəllifin və bir çox qurumun böyük səyini əks etdirir.

Layihəyə nəzarət edən Tomas J. Watson Mühəndislik və Tətbiqi Elmlər Kollecinin Mexanika Mühəndisliyi Departamentinin professoru, SUNY Hörmətli Professoru Quanqven Çjou dedi: “İş çoxlu eksperimental və modelləşdirmə səylərini əhatə edir və ilk bir neçə müəllifin hamısı mənim qrupumun Ph.D. tələbələridir”. “Təcrübənin başlanğıcından indiki kağıza qədər, təxminən 10 il çəkdi.”

Nəticə məqalə Proceedings of the National Academy of Sciences jurnalında dərc olunub .

Oksidlər kimyəvi reaksiyaları sürətləndirmək üçün katalizator kimi geniş istifadə olunur, metan və ya sadəcə su kimi birləşmələr əmələ gətirir. Lakin bu katalizatorlar tükəndikdə, onları yeniləmək üçün istehsal prosesləri tez-tez bağlanmalıdır.

Zhounun son araşdırması isə katalizatorları yeniləmək üçün əməliyyatları dayandırmaq ehtiyacını aradan qaldıraraq yeni enerji və xərclərə qənaət tədbirlərinə səbəb ola bilər. Bu dəyişiklik enerji emissiyalarını azaltmaq üçün katalitik çeviricilərdən istifadə edən avtomobil sənayesindən qaz turbinlərində metan istifadə edən enerji sənayesinə qədər faydalı olardı .

https://googleads.g.doubleclick.net/pagead/ads?gdpr=0&us_privacy=1—&gpp_sid=-1&client=ca-pub-0536483524803400&output=html&h=280&slotname=8188791252&adk=1645945215&adf=308666314&pi=t.ma~as.8188791252&w=750&abgtt=6&fwrn=4&fwrnh=0&lmt=1749719699&rafmt=1&armr=3&format=750×280&url=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fnews%2F2025-06-oxide-catalysts-sustain-reactors.html&fwr=0&rpe=1&resp_fmts=3&wgl=1&uach=WyJXaW5kb3dzIiwiMTkuMC4wIiwieDg2IiwiIiwiMTM3LjAuNzE1MS4xMDMiLG51bGwsMCxudWxsLCI2NCIsW1siR29vZ2xlIENocm9tZSIsIjEzNy4wLjcxNTEuMTAzIl0sWyJDaHJvbWl1bSIsIjEzNy4wLjcxNTEuMTAzIl0sWyJOb3QvQSlCcmFuZCIsIjI0LjAuMC4wIl1dLDBd&dt=1749719699010&bpp=6&bdt=117&idt=69&shv=r20250610&mjsv=m202506090101&ptt=9&saldr=aa&abxe=1&cookie=ID%3Df22668bce9793ae4%3AT%3D1735196613%3ART%3D1749719571%3AS%3DALNI_Mb4Xpwl1SO1AcvqroR6xccDm_sheQ&gpic=UID%3D00000f7c5320f40b%3AT%3D1735196613%3ART%3D1749719571%3AS%3DALNI_Mb1dz_DHiT2yDzXLMaB9CDkQl4XGg&eo_id_str=ID%3Dcdf7f2f01784f52d%3AT%3D1735196613%3ART%3D1749719571%3AS%3DAA-Afjb8kbeupLLyQ0QHQmZxpM4v&prev_fmts=0x0&nras=1&correlator=1693886732263&frm=20&pv=1&rplot=4&u_tz=240&u_his=3&u_h=1080&u_w=1920&u_ah=1032&u_aw=1920&u_cd=24&u_sd=1&dmc=8&adx=448&ady=1871&biw=1905&bih=945&scr_x=0&scr_y=0&eid=31092919%2C31092959%2C95353386%2C95362656%2C95363434%2C95362798%2C95359265%2C95362802%2C95363076&oid=2&pvsid=6474414985150014&tmod=1158146187&uas=0&nvt=1&ref=https%3A%2F%2Fphys.org%2F&fc=1920&brdim=0%2C0%2C0%2C0%2C1920%2C0%2C1920%2C1032%2C1920%2C945&vis=1&rsz=%7C%7CpeEbr%7C&abl=CS&pfx=0&fu=128&bc=31&bz=1&td=1&tdf=2&psd=W251bGwsbnVsbCxudWxsLDNd&nt=1&ifi=2&uci=a!2&btvi=1&fsb=1&dtd=213

“Praktik olaraq, bu, özlərini sağalda bilən və katalitik davranışlarını bərpa edə biləcək daha dayanıqlı katalizatorlar hazırlaya bilər. Bu, sənaye səviyyəsi üçün çoxlu pula qənaət edir, çünki reaktoru bağlamaq lazım deyil” dedi Zhou.

Bunun necə işləməsi ondan ibarətdir ki, müəyyən xüsusiyyətlər oksidlərin qəfəs strukturlarına daxil edilmiş atomik oksigendən istifadə edərək, öz reaksiyalarını yandırmağa imkan verir.

Məsələn, elm adamları su əmələ gətirmək üçün bir metal oksidini hidrogenə məruz qoyurlarsa, tam hüquqlu bir su molekuluna çevrilmək üçün həmin hidrogen atomuna qoşulmaq üçün lazım olan oksigeni xarici mənbədən deyil, oksidin özündən çıxarmaq olar.

“Başqa sözlə, oksidin özü reaksiya prosesində fəal iştirak edir”, – Çjou bildirib.

Bu cür davranış Mars-van Krevelen (MvK) mexanizmi adlanır. Lakin onun adlandırılmasına və geniş şəkildə nəzəriləşdirilməsinə baxmayaraq, Zhou, bunu birbaşa sübut edən eksperimental sübutların əldə edilməsinin daha çətin olduğunu söylədi. Belə bir reaksiyada iştirak edən o qədər çox katalizator hissəcikləri var ki, mikroskop altında o, aydın bir şəkil yaratmaq üçün həddindən artıq çox məlumatla yuyulmuş məlumat daşqına çevrilə bilər.

Zhounun yeni in-situ ötürücü elektron mikroskopiyasının, eləcə də hesablama modelləşdirməsinin birləşməsindən istifadə edərək, tədqiqatçılar tək bir səthi təcrid edə və real vaxt rejimində onun davranışını müşahidə edə bildilər.

Gündəlik anlayışlar üçün Phys.org-a etibar edən 100.000-dən çox abunəçi ilə elm, texnologiya və kosmosda ən son yenilikləri kəşf edin . Pulsuz xəbər bülleteni üçün qeydiyyatdan keçin və mühüm nailiyyətlər, yeniliklər və tədqiqatlar haqqında gündəlik və ya həftəlik yeniləmələr əldə edin .Abunə ol

“Biz katalizatorun atom miqyasında necə təkamül etdiyini və ya dəyişdiyini birbaşa təsəvvür edə bilərik” dedi Zhou. “Beləliklə, biz katalizatorun ən yuxarı atom təbəqəsini görə bilərik və quruluş zamanla əsas bir salınım davranışı ilə dəyişir.”

Onların tapdıqları təkcə MvK mexanizminin işlədiyinin təsdiqi deyil, həm də bu özünü təmin edən dövrənin özünü tənzimlədiyi unikal davranış idi.

Oksidin ən üst təbəqəsindəki oksigenin çox hissəsi su əmələ gətirmək üçün çəkildikdə, oksigen çatışmazlığı yaranır və reaktivliyini ləngidir. Bu sakitlik dövründə oksidin daxili strukturuna daxil olan oksigen yuxarıya doğru yayılmağa başlayır, səthi yenidən oksigenlə zənginləşənə qədər təkrar doldurur və beləliklə, reaktivlik dövrü yenidən başlayır. Bu, yenidən sprintə başlamazdan əvvəl enerjini artırmaq üçün qaçarkən vaxtaşırı fasilə verməyə bənzəyir.

“Bu [MvK] mexanizminin özü bizə hər hansı bir öz-özünə salınma davranışı haqqında məlumat vermir, çünki bu üsul sadəcə oksidin özünün oksigen məhsullarına oksigen verə biləcəyini söyləyir” dedi Zhou. “Bu salınan davranış və ya mexanizm yenidir. Biz əslində bunu eksperimental sübutlarımıza əsaslanaraq anladıq.”

Bu təcrübə üçün Zhounun seçdiyi metal mis oksidi idi. Onun komandası , qalınlığı 100 nanometrdən az olan nümunədən konsentrasiya edilmiş elektron axını keçirən ötürücü elektron mikroskopun içərisinə mis parçasını yerləşdirdi və hidrogendən istifadə edərək onu təmizlədi. Sonra tədqiqatçılar nümunəni alətin içərisində yüksək saflıqda olan oksigenlə birləşdirərək yerində oksid əmələ gətirdilər.

https://googleads.g.doubleclick.net/pagead/ads?gdpr=0&us_privacy=1—&gpp_sid=-1&client=ca-pub-0536483524803400&output=html&h=280&slotname=8188791252&adk=1645945215&adf=1092384543&pi=t.ma~as.8188791252&w=750&abgtt=6&fwrn=4&fwrnh=0&lmt=1749719699&rafmt=1&armr=3&format=750×280&url=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fnews%2F2025-06-oxide-catalysts-sustain-reactors.html&fwr=0&rpe=1&resp_fmts=3&wgl=1&uach=WyJXaW5kb3dzIiwiMTkuMC4wIiwieDg2IiwiIiwiMTM3LjAuNzE1MS4xMDMiLG51bGwsMCxudWxsLCI2NCIsW1siR29vZ2xlIENocm9tZSIsIjEzNy4wLjcxNTEuMTAzIl0sWyJDaHJvbWl1bSIsIjEzNy4wLjcxNTEuMTAzIl0sWyJOb3QvQSlCcmFuZCIsIjI0LjAuMC4wIl1dLDBd&dt=1749719699010&bpp=4&bdt=117&idt=102&shv=r20250610&mjsv=m202506090101&ptt=9&saldr=aa&abxe=1&cookie=ID%3Df22668bce9793ae4%3AT%3D1735196613%3ART%3D1749719571%3AS%3DALNI_Mb4Xpwl1SO1AcvqroR6xccDm_sheQ&gpic=UID%3D00000f7c5320f40b%3AT%3D1735196613%3ART%3D1749719571%3AS%3DALNI_Mb1dz_DHiT2yDzXLMaB9CDkQl4XGg&eo_id_str=ID%3Dcdf7f2f01784f52d%3AT%3D1735196613%3ART%3D1749719571%3AS%3DAA-Afjb8kbeupLLyQ0QHQmZxpM4v&prev_fmts=0x0%2C750x280&nras=1&correlator=1693886732263&frm=20&pv=1&rplot=4&u_tz=240&u_his=3&u_h=1080&u_w=1920&u_ah=1032&u_aw=1920&u_cd=24&u_sd=1&dmc=8&adx=448&ady=3835&biw=1905&bih=945&scr_x=0&scr_y=0&eid=31092919%2C31092959%2C95353386%2C95362656%2C95363434%2C95362798%2C95359265%2C95362802%2C95363076&oid=2&pvsid=6474414985150014&tmod=1158146187&uas=0&nvt=1&ref=https%3A%2F%2Fphys.org%2F&fc=1920&brdim=0%2C0%2C0%2C0%2C1920%2C0%2C1920%2C1032%2C1920%2C945&vis=1&rsz=%7C%7CpeEbr%7C&abl=CS&pfx=0&fu=128&bc=31&bz=1&td=1&tdf=2&psd=W251bGwsbnVsbCxudWxsLDNd&nt=1&ifi=3&uci=a!3&btvi=2&fsb=1&dtd=217

Bütün reaksiya prosesi elm adamlarının eksperimental şərtləri diqqətlə müşahidə edə və nəzarət edə biləcəyi mikroskopun içərisindədir. Lakin mikroskop yüksək rezolyusiyada işləsə də və saniyədə 30 kadr sürətlə video çəkə bilsə də, onun atomların hərəkət və dəyişilməsi zamanı birbaşa görünüşü bu hərəkətlərə hansı dəqiq amillərin səbəb olduğunu izah etmir. Buna görə də, bu tədqiqat mikroskopik görüntüləmə üzərində əlavə hesablama modelləşdirmə və təhlil tələb etdi.

“Təcrübədən indi hadisələri və reaksiyaları görə bilərik” dedi Zhou. “Modelləşdirmə tərəfdən, ilk növbədə bunu həyata keçirmək üçün nə qədər enerji təmin etməli olduğumuzu daha yaxşı başa düşə bilərik.”

Oksidlər davamlı olaraq özlərini saxlaya bilməsələr də – onlar yalnız strukturda hələ də oksigen olduğu müddətcə davam edirlər – Zhou, oksidin anbarını daim doldurmaq üçün oksigendən istifadə etməklə bunun strateji olaraq qarşısını almaq olar. Bənzər bir şəkildə, Zhou növbəti salınım davranışını dəyişdirmək və ya hətta nəzarət etmək üçün başqa yolların olub olmadığını görmək üçün reaksiya şərtləri ilə məşğul olacaq.

“Düşünürəm ki, bu, cəmiyyətə bu MvK mexanizmini daha yaxşı başa düşməyə kömək edəcək və bu işin bu hissəsi həm də atom səviyyəsində eksperimental sübut təqdim edən ilk hissədir” dedi Zhou. “İnanıram ki, bu, bu fenomenin dərin və əsaslı bir anlayışını təmin edəcək.”

Daha çox məlumat: Xianhu Sun et al, Oksidlərdə salınan redoks davranışı: Mars-van Krevelen mexanizmi vasitəsilə dövri səthin yenidən qurulması və reaktivliyin modulyasiyası, Milli Elmlər Akademiyasının əsərləri (2025). DOI: 10.1073/pnas.2422711122

Jurnal məlumatı: Milli Elmlər Akademiyasının Materialları 

Binghamton Universiteti tərəfindən təmin edilmişdir