Но иногда, во время этого обязательного процесса – названный каталитическим гидрированием – частично гидрогенизируемые продукты становятся изменчивыми, тая и испаряясь далеко, прежде чем они смогут связать с большим количеством водородных атомов. Теперь, исследователи исследовали, как и почему эта изменчивость варьируется во время гидрирования, предполагая, что ранее недооцениваемый эффект от углеродных водородных связей в молекуле – главный преступник.
Новый анализ, изданный в Журнале Химической Физики, от AIP Publishing, может помочь химикам определить идеальные условия, необходимые для каталитического гидрирования, таким образом, они могут лучше удалить избыточный водород.«Это создает модель для поведения других органических получателей, позволяя нам предсказать их оптимальные рабочие температуры и окружающую среду», сказал Лонг Динх, физик в Ливерморской национальной лаборатории.Dinh и его коллеги сосредоточились на получателе, вызванном 1,4 еще раз (phenylethynyl) бензол или DEB. Чтобы удалить водород, кристаллические хлопья DEB смешаны с катализаторами в форме твердых шариков.
Шарики сделаны из активированного угля – чья пористая структура обеспечивает богатую площадь поверхности – покрытый наночастицами палладия. Катализатор палладия разделяет водородные молекулы на водородные атомы, которые могут тогда связать с DEB и сформировать углеродные водородные связи.DEB – получатель высокой производительности, способный к закреплению максимум с восемью водородными атомами.
Большинство исследователей думало, что, поскольку получатели как DEB связывают с большим количеством водородных атомов и увеличиваются, они становятся более изменчивыми. При высоких рабочих температурах они могут тогда испариться далеко, дрейфуя далекий от каталитических шариков, где нет никаких водородных атомов, с которыми можно связать. «Вы останавливаете гидрогенизационный процесс преждевременно», сказал Динх.Но исследователи нашли, что в первых двух шагах гидрирования, когда DEB формирует две углеродных водородных связи за шаг (углеродные водородные связи созданы на противоположных сторонах углеродной цепи молекулы), молекула на самом деле уменьшается в изменчивости.
Только в последующих шагах гидрирования делает DEB, становятся более изменчивыми.Учиться, как и почему изменения DEB в изменчивости, исследователи измерили свойства, такие как давления пара и точки плавления, исследовало молекулярную структуру и управляло квантом механические компьютерные моделирования, чтобы смоделировать гидрогенизационный процесс.
Их анализ предлагает, чтобы углеродные водородные связи в DEB играли ключевую роль в изменчивом поведении молекулы.Во время гидрирования водород связывает с атомами углерода в DEB.
Согласно обычной мысли, получающаяся углеродная водородная связь неполярна – никакой конец структуры штанги более отрицательно или положительно не заряжен, чем другой. Но оказывается, что углеродный конец немного более отрицателен, и углеродная водородная связь формирует слабый диполь, объяснил Динх.Как диполь, углеродная водородная связь может привлечь или отразить другие углеродные водородные связи в других молекулах DEB. В зависимости от того, как устроены углеродные водородные связи и сколько есть в промежуточных продуктах DEB, молекулы могут или привлечь или отразить друг друга, и таким образом быть меньше или более изменчивы, соответственно.
Предыдущее исследование пропустило эти коллективные взаимодействия среди углеродных водородных связей в органических кристаллах, сказал Динх.От их анализа исследователи решили, что оптимальные условия для гидрирования DEB ниже приблизительно 175 градусов по Фаренгейту, если сделано в хорошем вакууме. «Наши результаты», Динх сказал, «может быть применен аналогично к другим каталитическим органическим водородным системам получателя также».