Các nhà nghiên cứu tại Đại học Rochester đã phát triển một loạt thuật toán để giải thích bằng chi tiết nguyên tử cách propane biến thành propylene, một bước then chốt trong sản xuất nhiều sản phẩm hàng ngày. Công trình mới được đăng trên Journal of the American Chemical Society và đặt trong bối cảnh kết quả năm 2021 trên Science, vốn cho thấy các chất xúc tác quy mô nano nối tiếp có thể hợp nhất nhiều bước phản ứng thành một phản ứng duy nhất để tăng năng suất và giảm chi phí.
Nhóm nghiên cứu tập trung vào các hệ vật liệu tồn tại ở nhiều trạng thái, đặc biệt là pha kim loại và pha oxide, và họ sử dụng sàng lọc tính toán để thu hẹp số lượng lớn các sắp xếp nguyên tử khả thi. Siddharth Deshpande và nghiên cứu sinh Snehitha Srirangam phát hiện một kết quả bất ngờ: oxide thường phát triển chọn lọc xung quanh các vị trí kim loại có khuyết tật, và sự phát triển này đóng vai trò quan trọng đối với độ ổn định và chức năng của chất xúc tác, ngay cả khi oxide có thành phần hóa học khác nhau.
Theo nhóm, các thuật toán và hiểu biết ở mức nguyên tử này có thể áp dụng cho các phản ứng công nghiệp khác. Họ nêu tổng hợp methanol là một ví dụ mà phương pháp có thể giúp giải thích. Các công ty có thể dùng phát hiện để tìm cách sản xuất propylene và các vật liệu công nghiệp khác hiệu quả hơn, giảm bớt phương pháp thử-và-sai lâu nay và hướng tới thiết kế chất xúc tác chính xác hơn.
- Ứng dụng: chai nhựa bóp
- Ứng dụng: đồ nội thất ngoài trời
- Ví dụ khác: sơn và pin nhiên liệu (methanol)
Từ khó
- thuật toán — quy trình tính toán do máy tính thực hiện
- chất xúc tác — vật làm thay đổi tốc độ phản ứng hóa học
- sàng lọc tính toán — dùng máy tính để chọn những khả năng phù hợp
- khuyết tật — vị trí sai lệch trong cấu trúc nguyên tử
- quy mô nano — kích thước rất nhỏ ở cấp nanomet
- oxide — hợp chất giữa oxy và nguyên tố khác
Mẹo: di chuột, dùng phím Tab hoặc chạm vào các từ được tô sáng trong bài để xem định nghĩa nhanh ngay khi bạn đọc hoặc nghe.
Câu hỏi thảo luận
- Việc giảm phương pháp thử-và-sai trong thiết kế chất xúc tác có thể ảnh hưởng thế nào đến chi phí và thời gian sản xuất? Hãy nêu lý do.
- Sự phát triển của oxide quanh khuyết tật kim loại có thể thay đổi cách các nhà nghiên cứu thiết kế chất xúc tác như thế nào?
- Trong các ứng dụng được liệt kê (chai nhựa bóp, đồ nội thất ngoài trời, sơn, pin nhiên liệu), bạn nghĩ sản phẩm nào sẽ hưởng lợi nhiều nhất từ phương pháp này và vì sao?
