ブログ

Aug 20, 2023

機械的に活性化された一酸化炭素の接触水素化の根底にあるメカノケミカル効果

Rapporti scientifici Volume 13,

Scientific Reports volume 13、記事番号: 2470 (2023) この記事を引用

1121 アクセス

1 引用

6 オルトメトリック

メトリクスの詳細

この研究では、ボールミル粉砕と単純な粉末撹拌をそれぞれ行った担持Co-Fe触媒の活性を比較することにより、一酸化炭素の水素化におけるメカノケミカル効果の強度に焦点を当て、測定します。 ボールミリングの不連続な性質に十分な配慮を払いながら、メカノケミカルな水素化がかなり高い速度で進行することを示し、それと個々の影響との関係を明らかにします。 実験的証拠は、我々が観察した触媒活性の強化は、個々の衝撃に関与する粉末の量に影響を与える局所的なプロセスに起因する可能性があることを示唆しています。

ボールミル (BM) による機械的処理は、操作が簡単で一見シンプルなように、粒状固体を粉砕、混合、反応させる多用途の方法です 1,2。 2 つの衝突フライスツールの間に捕捉された粉末粒子は、比較的高いひずみ速度で動的圧縮を受け、接触点全体に広がる不均一な力の連鎖を受けます。 局所的な機械的応力が降伏応力を超えると、粒子が変形します1、2。 激しい転位活動の影響下で、新しい表面と界面が生成される一方で、化学種は強制混合や化学結合を受ける可能性があります 1、2、3。 この形式の化学はメカノケミストリーと呼ばれています4。

過去 50 年間に、メカノケミカル手法により、酸化物分散強化超合金 5、アモルファス金属 5、6、7、およびナノ結晶材料 7、8、9、10 の製造が可能になりました。 同様に、それらは自己伝播する高温反応の点火 11、ガスの吸収および脱着プロセス 12,13 の促進、汚染物質の分解 14,15、鉱物浸出性の改善 16,17、およびバイオマス変換の強化 18,19 に使用されています。 最近では、機械的処理により、ファインケミカルや医薬品への効果的な無溶剤合成ルートへの道が開かれました20、21、22、23。 これにより、化学物質の生産をより持続可能なものにする可能性が高い化学革新のトップ 10 にメカノケミストリーが含まれるようになりました 24。

BM は、新しい材料の調製や化学プロセスの活性化と強化への応用に成功しているため、一般に、より従来の方法に代わる有利な代替手段とみなされています 25、26。 それにもかかわらず、比較は主に現象学的に基づいて行われます。 一般に、特定の化学反応は、BM 条件下ではより高い収率、または完全な変換にさえ達することが示されていますが、その古典的な対応物はより低い収率を示すか、まったく起こらないことが示されています。 これは、BM が優れている場合があることを示唆していますが、その能力の定量的な評価は実質的に不足しています。

実際、メカノケミストリーがその最も奥深いメカニズムを解明しようとする科学者の試みに反抗してから約 50 年になります。 機械力と熱力学的推進力が結合して平衡から程遠い新しい化学を引き起こすという明確な証拠が見つかる前に、とらえどころのないメカノケミカル効果を援用して、別の化学変換経路や予期せぬ反応生成物が一般的に説明されてきました。 この主張はオンサーガーの不可逆過程の相互関係に正当性を見出しているが、メカノケミカル効果は機械力によって活性化される化学の背景に残されており、とらえどころがなく、まだ知覚可能である。

この研究では、この問題に正確に取り組みます。 具体的には、実験的証拠を説明するために頻繁かつ一般的に引き合いに出されるメカノケミカル効果の強度を評価します。 この目的のために、我々はBMが一酸化炭素（CO）の接触水素化にどのような影響を与えるかを調査しました。

3 つの主な特徴が私たちの選択を正当化します。 まず、従来の CO 水素化には固体触媒と気体種が必要であり 27、28、29、そのメカノケミカル対応物は同じ公称圧力および温度条件下で実行でき、これが有意義な比較の基本的な要件です。 第二に、CO と水素 (H2) の反応は、フィッシャー・トロプシュ合成との関連性から 1920 年代から研究されており、十分に特徴付けられた活性を持つ触媒が入手可能です 30、31、32、33。 第三に、私たちは過去にメカノケミカルな CO 水素化を研究しました 34,35。これにより、メカノケミカル効果の定量化に挑戦するために必要な背景が得られました。

以前の研究を利用して、我々は二酸化チタン（TiO2）に担持されたバイメタルコバルト鉄（Co-Fe）触媒を使用した実験を実施しました36、37、38。 私たちは化成とBM状態の関係を明らかにするという具体的な目的を持って実験を計画しました。 この目的のために、H2下で適切に活性化された触媒粉末とH2に一度も曝露されなかった新品の触媒を別々に使用して実験が行われた。 具体的には、我々は、単一のミリングボールの存在下でBM中の衝撃当たりに変換されたCOモル数を評価し、それを、ミリングボールを使用せずにミリングリアクター内で触媒粉末を単純に撹拌する、より従来の触媒運転の結果と適切に比較する。 我々は、BM ダイナミクスを適切に考慮すると、メカノケミカル プロセスが桁違いに効率的になることを示します。

現在の研究は、図 1 にまとめられた実験的証拠を中心に展開しています。図 1a に示されている 2 つのデータセットは、H2 下で活性化され、CO-H2 雰囲気にさらされた触媒粉末を使用して実行された実験を参照しています (詳細については、サポート情報 SI.1 を参照してください) ）。 データは単に、触媒粉末上で反応した CO モル数 \(n\) と時間の関数 \(t\) で構成されます。 これらは、室温で BM および粉末撹拌 (PA) 条件下で得られました。 どちらの場合も、 \(n\) は \(t\) に応じて線形に変化します。 線形プロットの傾きは、触媒粉末が衝撃を受ける BM を含む触媒プロセスで最も高い反応速度が得られることを示しています (詳細については、サポート情報 SI.1 を参照)。 特に、BM を受けた活性化触媒粉末の反応速度 \({r}_{act,BM}\) は約 0.283 mmol h-1 に等しいのに対し、PA を受けた活性化触媒粉末の反応速度 \( {r}_{act,PA}\) は約 0.198 mmol h−1 です。

BM (黒) および PA (赤) の条件下で、反応した CO モル数 \(n\) を時間 \(t\) の関数として表したものです。 データは、(a) H2 下で活性化された触媒粉末、および (b) 元の触媒粉末上で反応した CO を指します。 (c) BM (黒) を施した未使用の触媒粉末上で反応した CO モル数 \(n\) を、BM 下で反応した CO モル数の差 \(\Delta n\) と比較します。および H2 下で活性化された触媒粉末上の PA 条件 (緑色)。

H2 下で一度も活性化されていない未使用の触媒粉末を使用して実行された実験から得られたデータが図 1b にプロットされています (詳細についてはサポート情報 SI.1 を参照)。 前述の場合とは異なり、PA は化学反応を引き起こしません。 対照的に、BM は、約 0.083 mmol h−1 の速度 \({r}_{prist,BM}\) で線形 \(n\) の増加を引き起こします。

衝撃により、活性化された触媒粉末と元の状態の触媒粉末の両方の活性が強化されるようです。 この点に関して、H2 下で活性化し、その後 BM および PA 条件にさらした触媒粉末上で反応した CO モル数の差 \(\Delta n\) は、さらなる洞察を提供します。 実際、図1cにプロットされたデータは、\(\Delta n\)が約0.081 mmol h−1の速度\({r}_{act,BM-PA}\)で直線的に増加することを示しています。 \({r}_{act,BM-PA}\) と \({r}_{prist,BM}\) の値は非常に似ているため、アクティブ化された両方に対して影響がほぼ同じ影響を与えると推測するのが合理的です。そして純粋な触媒粉末。

このような証拠を踏まえ、我々は、新品の触媒粉末に対する衝撃の影響をさらに調査するために新しい実験を実施しました。 この目的のために、我々は、初期の触媒粉末を \(\Delta t\) の時間間隔で BM にさらし、同じ時間間隔で BM を中断し、その後 BM を再開しました。 異なる時間間隔 \(\Delta t\) を使用して、このサイクルを数回繰り返しました (詳細については、サポート情報 SI.2 を参照)。 典型的な結果を図 2a に示します。ここでは、反応した CO モル数 \(n\) が時間の関数 \(t\) としてプロットされています。 触媒粉末が BM を受けると、\(n\) が直線的に増加することがわかります。 逆に、BM が中断された場合、化学変換は観察されません。 中断の回数と \(\Delta t\) の長さは反応速度 \({r}_{prist,BM}\) に影響を与えず、反応速度は約 0.082 mmol h−1 に等しく、 \({ r}_{prist,BM}\) の値は、以前の実験で測定されました (詳細については、サポート情報 SI.2 を参照)。

BM 条件下で未使用の触媒粉末上で反応した CO モル数 \(n\) を時間 \(t\) の関数として表したものです。 データは、(a) BM が中断され、バイアルが開かれなかった、および (b) BM が中断され、バイアルが開かれた実験を参照しています。 矢印は、未使用の触媒粉末がBMにさらされた時間間隔を示します。 最適な線 (点線、赤) が表示されます。

他の実験では、未使用の触媒粉末を所定の時間間隔 \(\Delta t\) で BM にさらしました。 次に、BM を中断し、不活性雰囲気下で反応器を開け、再び密閉し、続いて CO-H2 混合物を再充填しました (詳細については、サポート情報 SI.2 を参照)。 最後に、同じ時間間隔で BM を再開始しました。 代表的なデータを図 2b に示します。 ここでも、 \(n\) は \({r}_{prist,BM}\) 約 0.085 mmol h−1 の速度で直線的に増加します。 \(\Delta t\) の長さは \({r}_{prist,BM}\) に影響を与えないことがわかります (詳細についてはサポート情報 SI.2 を参照)。

これまでに得られた実験証拠は、触媒反応は未使用の触媒粉末がBMを受けた場合にのみ進行し、BMが中断されるとすぐに停止することを示しています。 我々は、新品の触媒粉末が示す触媒活性は衝撃によるものであり、全体的な CO 水素化反応は個々の衝撃からの独立した寄与の合計と見なすことができると結論付けています。 このような状況では、私たちの注意は必然的に連続から離散、つまり時間 \(t\) から衝撃の数 \(m\) に移らなければなりません。

この遷移を可能にする量は、衝撃周波数 \(f\) です。 \(f\) がわかれば、積 \(ft\) によって \(m\) を計算できます。 特に単一のミリング ボールが存在する場合、\(f\) は、ミリング ボールとリアクターの間の衝撃を検出できる圧電センサーをリアクターに装備することで簡単に測定できます 39,40,41 (詳細については、サポート情報 SI.3 を参照)。 圧電信号の代表的なシーケンスを図 3 に示します。

圧電センサーによって生成される信号の強度 \(I\) を時間 \(t\) の関数として表したものです。 データは、14.6 Hz で反応器を揺動させて実行された BM 実験を参照しています。

同様のシーケンスの分析から、平均衝撃周波数 \(f\) は約 29.3 Hz と評価できます。 この値は、リアクターのスイング周波数の約 2 倍であり、14.6 Hz に相当します。 その後、原子炉スイングサイクルごとに 2 回の衝突が発生します 39、40、41 (詳細については、サポート情報 SI.3 を参照)。

この情報を使用すると、個々の衝撃により未使用の触媒粉末上で反応した CO モルの平均数 \({n}_{imp}\) を簡単に計算できます。 この量は約 7.89 × 10-7 mmol に相当し、その評価は、衝撃によって未使用の触媒粉末に誘発される触媒活性と、PA 条件下で活性化された触媒粉末によって示される触媒活性を適切に比較するための最初のステップとなります。

この目的のために、1 回の衝撃によって引き起こされる \({n}_{imp}\) CO モルの反応には、特徴的な時間 \(\tau \) が必要であることが予想されることに注意してください。 \(\tau \) の知識があれば、個々の衝撃に関連する反応率 \({r}_{imp}\) を \({n}_{imp}\) と \( \タウ\)。 残念ながら、 \(\tau \) を測定することはできません。 その下限と上限は大まかに見積もることしかできません。 下限は衝撃持続時間で特定できます。 弾性衝撃に関する理論的および実験的証拠は、衝突体の材質に応じて、その衝撃が 0.01 ～ 0.1 ミリ秒の範囲であることを示唆しています 42、43、44、45。 それらの間に粉末層が存在すると衝撃持続時間が延長され、その効果は層の厚さに依存します46。 この場合、約 1 ミリ秒という値が妥当な選択ですが、おそらく過剰になります。 上限に関しては、衝撃を受けた粉末への機械的エネルギーの付与により、20 ミリ秒もの長い時間間隔で化学反応性が向上する可能性があることが文献で示唆されています 47。 したがって、50 ms は妥当な特性時間であると思われますが、これもまた超過です。

このような考慮に基づいて、特性反応時間 \(\tau \) の範囲は 1 ～ 50 ms であると仮定します。 したがって、個々の衝撃に関連する反応速度 \({r}_{imp}\) は、0.057 ～ 2.84 mmol h-1 の範囲になります。 \({r}_{imp}\) はメカノケミカル反応速度を表しますが、PA 条件下での活性化触媒粉末上の CO 水素化反応速度と直接比較することはできません、\({r}_{act,PA} \)。 実際、後者の場合、触媒粉末全体が触媒プロセスに関与しますが、衝突ごとの \({n}_{imp}\) CO モルの反応は、衝突に関与した触媒粉末の量のみに起因すると考えられます。 したがって、反応速度を適切な触媒粉末の質量で割ることによって計算できる比反応速度を比較する必要があります。

PA 条件下での活性化触媒粉末上の CO 水素化反応は、8 g の粉末を使用して実行されるため、比 CO 水素化速度 \({r}_{act,PA,sp}\) は約 2.45 × 10 に等しくなります。 –5 mol g−1 h−1。 対照的に、個々の衝撃に関与する触媒粉末はわずか約 0.63 mg です (詳細についてはサポート情報 SI.4 を参照)。 したがって、個々の衝撃に関連する比反応速度 \({r}_{imp,sp}\) は、およそ 0.090 ～ 4.508 mol g-1 h-1 の範囲になります。

PA処理を受けた活性化触媒粉末と衝撃を受けた未使用の触媒粉末との間の触媒活性の差は、3～6桁の範囲に及びます。 まさにこの違いが、衝撃の発生に起因するメカノケミカル効果の尺度を提供します。

それらの性質に関してはほとんど言うことができません。 BM は、Co-Fe 固溶体構造や微細構造に明らかな変化を引き起こしません。 同じことが TiO2 サポートにも当てはまり、長期にわたる BM の影響を受けません (詳細についてはサポート情報 SI.5 を参照)。 さらに、TiO2 粉末のみを使用した対照実験では、反応ガス混合物の検出可能な化学変換は示されません (詳細については、サポート情報 SI.5 を参照)。 したがって、衝撃によって引き起こされる触媒活性の観察された増強は、触媒表面の反応性の対応する増強によって説明できると我々は結論付ける。

これが何を意味するのかについて少なくともおおよそのアイデアを与えるために、PA 条件下での CO 水素化がアレニウスのような挙動を示すと仮定しましょう。 文献によれば、典型的な活性化障壁は 150 ～ 200 kJ mol-131,48,49,50,51 であることが示唆されています。 反応速度の 3 ～ 6 桁の増加は、活性化障壁 \({E}_{a}\) が 50 kJ mol−1 未満減少するか、温度が上昇すると起こります。 (T\)、最大 500 K、またはこれら 2 つの要素の組み合わせ (詳細については、サポート情報 SI.5 を参照)。 エネルギー障壁の減少と局所的な温度上昇は両方とも合理的であり、衝撃によって引き起こされる無秩序化および加熱プロセスと一致しているように見えます。

さらに、新品の触媒粉末の触媒活性が BM 条件に明らかな依存性を示すことにも気づきました。 ミリング周波数を約 11.6 ～ 18.3 Hz の範囲で変更しました (詳細については、サポート情報 SI.3 を参照)。 したがって、衝撃エネルギー、つまり各衝撃中にボールによって粉末に伝達されるエネルギー \({E}_{imp}\) は、0.070 J から 0.162 J の間で変化します。図 4a に示すように、衝撃エネルギーは明確に変化します。 CO の水素化速度に影響します。 反応した CO モル数 \(n\) と衝撃回数 \(m\) の線形変化は、\({E}_{imp}\) が増加するにつれてますます急峻になります。

(a) 単一のミリング ボールの存在下でのボール ミリング中に反応した CO モル数 \(n\) を時間 \(t\) の関数として表したものです。 データは、触媒活性化の目的で H2 にさらされていない未使用の触媒粉末上で反応した CO を指します。 さまざまなデータセットは、11.6 Hz (黒)、13.3 Hz (赤)、14.6 Hz (緑)、15.0 Hz (青)、16.6 Hz (シアン)、および 18.3 Hz (マゼンタ) のミリング周波数を使用して取得されました。 (b) 個々の衝撃中に元の触媒粉末上で反応した CO モル数 \({n}_{prist,imp}\) を衝撃エネルギー \({E}_{imp}\) の関数として表したもの。 最もよく適合した線が表示されます (点線、赤)。 反応を活性化するために必要な最小衝撃エネルギー \({E}_{0,imp}\) が示されます。

図 4b から、\({r}_{prist,BM}\) が \({E}_{imp}\) に応じて線形に変化することがすぐにわかります。 実験点は、約 0.035 J の有限の正の値で横軸と交差する線によって最もよく適合できます。以後、\({E}_{0,imp}\) と表します。 したがって、最適な直線は次の方程式で表されます。

ここで、\(\rho \) は約 11.2 × 10-6 mmol J-1 に等しく、単位衝撃エネルギー当たりの元の触媒粉末上で反応した CO モル数として解釈できます。 式 (1) は、未使用の触媒粉末上での CO 水素化には最小限の衝撃エネルギー \({E}_{0,imp}\) が必要であることを示唆しています。 実際、\({E}_{imp}\) がそのようなしきい値を下回っている場合、反応は観察されません。 我々は、最小衝撃エネルギーを、微視的スケールでの局所的な接触力学に関連する、まだ特定されていない特定の機械的変形プロセスの発生と関連付けます。

私たちの結果の背後にある最終的な理由は、個々の影響の規模についてより深く、より具体的な調査を必要としますが、メカノケミカル効果は明確に識別可能で測定可能であり、活性化された未使用の触媒粉末の触媒活性が数桁規模で向上することが判明したと断言できます。 触媒が事前に活性化されているか、H2 を使用していないかに関係なく、触媒の機械的処理中の触媒変換の直線性も注目に値します。 ボールミルによる機械的処理と接触による CO 水素化はどちらも実際には非線形プロセスであるため、それらの組み合わせが完全に線形の効果をもたらさないことは当然予想できます。 しかし、私たちの観察の理論的根拠は、個々の衝撃によって微視的なスケールで活性化されるプロセスにもう一度探求する必要があります。 私たちは、機械的に活性化された反応をより従来の対応物と比較するための適切な方法論を開発し、メカノケミカル効果を体系的に定量化することで、この分野での研究の新たな季節を開く可能性があると確信しています。

触媒粉末は、高純度の元素状 Co および Fe 粉末、およびアナターゼ TiO2 粉末を使用して調製されました。 ナノ結晶等モルの化学的に無秩序な固溶体をメカニカルアロイングによって作製した。 得られたCo50Fe50粉末を機械的処理によりアナターゼTiO2粉末上に微細に分散させた。 すべての場合において、実験は、SPEX ミキサー/ミル 8000 によって揺動されるステンレス鋼のボールとステンレス鋼のバイアルを利用して、Ar 雰囲気下で実行されました。最終的な粉末粒子サイズは、Malvern Zetasizer nano s90 で測定されました。

触媒の実行は、調製したままの触媒粉末を使用し、適切な活性化後に実施した。 この目的のために、未使用の触媒粉末を圧力 1 MPa、温度 450 K の H2 ガス流に 48 時間曝露しました。

メカニカルアロイングによるナノ結晶Co50Fe50固溶体の形成と、その後の機械的処理によるアナターゼTiO2粉末上への分散を、広角X線回折(XRD)によってモニタリングした。 XRDパターンはリートベルト法で分析されました。 総比表面積は、ＢＥＴ法に従ってＮ２物理吸着により測定した。 吸着曲線は非多孔質構造を明らかにします。 触媒活性な Co50Fe50 固溶体相の比表面積は、H2 および CO の化学吸着によって測定されました。 走査型および透過型電子顕微鏡 (SEM および TEM) を使用して、触媒活性な Co50Fe50 相の特徴的なサイズを推定しました。

CO 水素化反応は、未使用の触媒粉末と H2 下で活性化された触媒粉末上で実行されました。 両方の場合において、８ｇの触媒粉末を使用した。 触媒粉末を、ガスの入口および出口用の気密圧力バルブを備えたキャップで密閉されたステンレス鋼バイアル内に配置した。 初期の Ar 雰囲気は、数回のパージ - 再充填サイクルを経て、所望の 1:3 CO:H2 ガス混合物に置き換えられました。 ガス圧力は０．３ＭＰａとした。 すべての実験は室温で行われました。

２種類の実験を行った。 一方では、未使用の触媒粉末または H2 下で活性化された触媒粉末を単純に撹拌します。 この目的のために、SPEX ミキサー/ミル 8000 によって回転されるバイアル内にはミリング ボールは配置されませんでした。一方、未使用の触媒粉末または H2 下で活性化された触媒粉末は、単一の 12 g ステンレスの存在下で機械的処理を受けました。 -鋼球。 後者の場合、ステンレス鋼のバイアル底部に適切に貼り付けられた圧電トランスデューサーを使用して、粉砕のダイナミクスを監視しました。

対照実験は、アナターゼ TiO2 粉末を使用して実行されました。

バイアル内のガス混合物は、HWD 検出器を備えた Fisons 8000 ガスクロマトグラフを使用したガスクロマトグラフィー (GC) によって 15 分ごとに分析されました。 ガスは、ステンレス鋼バイアルのキャップに取り付けられたガスバルブによって自動的にサンプリングされ、GC カラムに注入されました。 CO 水素化によって形成される炭化水素 (ほとんどがメタン) は、FID 検出器を備えた Perkin Elmer 8600 ガスクロマトグラフを使用した独立した実験で監視されました。 ガス種は、市販標準の特徴的な保持時間と実験標準の保持時間の比較に基づいて同定されました。 CO、H2、および炭化水素の絶対量および相対量は、ピーク面積評価によって決定されました。

現在の研究中に生成および分析されたデータセットは、進行中の研究の一部でもあるため、現時点では共有できません。 ただし、合理的な要求に応じて、責任著者から全部または一部を入手できる場合があります。

Sopicka-Lizer, M. (編) 高エネルギーボールミリング (Woodhead Publishing、2010)。

Google スカラー

Ranu, B. & Stolle, A. (編著) グリーン合成に向けたボールミル加工: アプリケーション、プロジェクト、課題。 RSC グリーン ケミストリー シリーズ、第 31 号 (英国王立化学協会、ケンブリッジ、2015 年)。

Boldyreva、E. 無機系と有機系の機械化学: 何が似ていて、何が違うのか? 化学。 社会 Rev. 42、7649–7659 (2013)。

記事 Google Scholar

タカクス、L. メカノケミストリーの歴史的発展。 化学。 社会改訂 42、7719–7738 (2013)。

記事 Google Scholar

Suryanarayana、C. 機械的合金化とフライス加工。 プログレ。 メーター。 科学。 46、1–184 (2001)。

記事 CAS Google Scholar

Suryanarayana、C. 機械的合金化: 先進的な材料を合成するための新しい技術。 2019 年の研究、4219812 (2019)。

論文 CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Baláž、P. et al. メカノケミストリーの特徴: ナノ粒子からテクノロジーまで。 化学。 社会 Rev. 42、7571–7637 (2013)。

論文 PubMed Google Scholar

Witkin、DB & Lavernia、EJ クライオミリングによるナノ構造材料の合成と機械的挙動。 プログレ。 メーター。 科学。 51、1–60 (2006)。

記事 CAS Google Scholar

Sepelak, V.、Düvel, A.、Wilkening, M.、Becker, K.-D. & Heitjans、P. メカノケミカル反応と酸化物の合成。 化学。 社会 Rev. 42、7507–7520 (2013)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Delogu, F.、Gorrasi, G. & Sorrentino, A. ボールミルによるポリマーナノ複合材料の製造: 現状と将来の展望。 プログレ。 メーター。 科学。 86、75–126 (2017)。

記事 CAS Google Scholar

Takacs, L. ボールミル粉砕によって誘発される自己持続反応。 プログレ。 メーター。 科学。 47、355–414 (2002)。

記事 CAS Google Scholar

Huot、J.ら。 水素貯蔵材料のメカノケミカル合成。 プログレ。 メーター。 科学。 58、30–75 (2013)。

記事 CAS Google Scholar

バージニア州ヤーティーズら。 水素ベースのエネルギー貯蔵用のマグネシウムベースの材料: 過去、現在、未来。 内部。 Ｊ．ハイドロッグ． エネルギー 44、7809–7859 (2019)。

記事 CAS Google Scholar

Cagnetta, G.、Huang, J. & Yu, G. 汚染土壌のメカノケミカル処理に関するミニレビュー: 実験室から大規模まで。 クリティカル。 Ｒｅｖ．Ｅｎｖｉｒｏｎ． 科学。 テクノロジー。 48、723–771 (2018)。

記事 CAS Google Scholar

Qiao, W. et al. CaOを用いた高エネルギーボールミル粉砕によるエンドスルファンの分解：プロセスとメカニズム。 環境。 科学。 汚染。 解像度 26、18541–18553 (2019)。

記事 CAS Google Scholar

Ou, Z.、Li, J. & Wang, Z. 中古資源からの金属回収へのメカノケミストリーの応用: 技術概要。 環境。 科学。 プロセス。 インパクト 17、1522 ～ 1530 年 (2015)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

チェン、Z.ら。 フライアッシュをボールミル粉砕することで重金属の溶出を抑制します。 エネルギー 9, 524 (2016)。

記事 Google Scholar

Qu、T. et al. バイオマス分画および水酸化水溶液による前処理のためのボールミル粉砕。 ACSサステイン。 化学。 工学 5、7733–7742 (2017)。

記事 CAS Google Scholar

Kuga, S. & Wu, M. セルロースの機械化学。 セルロース 26、215–225 (2019)。

記事 CAS Google Scholar

ジェームス、SL 他メカノケミストリー: 新しくてクリーンな合成の機会。 化学。 社会改訂 41、413–447 (2012)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Friscic, T. メカノケミストリーにおける超分子の概念と新しい技術: 共結晶、ケージ、ロタキサン、開いた金属有機フレームワーク。 化学。 社会 Rev. 41、3493–3510 (2012)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

ワン、G.-W. メカノケミカル有機合成。 化学。 社会 Rev. 42、7668–7700 (2013)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Tan, D. & García, F. メイングループの機械化学: 好奇心から確立されたプロトコルまで。 化学。 社会改訂 48、2274–2292 (2019)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

ゴモロンベル、FT 世界を変える化学革新。 化学。 内部。 41、12–17 (2019)。

CAS Google スカラー

Balaz、P. ナノサイエンスおよび鉱物工学における機械化学 (Springer-Verlag、2008)。

Google スカラー

エル・エスカンダラニー、MS 機械合金化ナノテクノロジー。 材料科学と粉末冶金 (エルゼビア、2015)。

Google スカラー

シェルドン、RA 合成ガスからの化学物質 (Springer、1983)。

Google Scholar を予約する

Gogate、MR メタノール合成の再考: Cu/ZnO および DFT 分析による CO/CO2 水素化の反応機構。 ガソリン。 科学。 テクノロジー。 37、603–610 (2019)。

記事 CAS Google Scholar

Jiang, X.、Nie, X.、Guo, X.、Song, C. & Chen, JG 不均一系触媒による二酸化炭素のメタノールへの水素化における最近の進歩。 化学。 改訂 120、7984–8034 (2020)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Steynberg, P. & Dry, ME フィッシャー・トロプシュ技術。 表面科学と触媒の研究 Vol. 152 (エルゼビア、アムステルダム、2004)。

Google スカラー

オジェダ、M.ら。 CO 活性化経路とフィッシャー・トロプシュ合成のメカニズム。 Ｊ．Ｃａｔａｌ． 272、287–297 (2010)。

記事 CAS Google Scholar

スタッド、F.ら。 Cu ベースの触媒によるメタノールへの CO および CO2 の水素化のメカニズム。 化学。 カタル。 化学。 7、1105–1111 (2015)。

CAS Google スカラー

ダレナ、F.ら。 (編) 未来のためのバイオエネルギー システム。 バイオ燃料とバイオ水素の展望 (ウッドヘッド出版、2017)。

Google スカラー

Delogu, F.、Mulas, G. & Garroni, S. 機械的活性化条件下での一酸化炭素の水素化。 応用カタル。 A Gen. 366、201–205 (2009)。

記事 CAS Google Scholar

Delogu, F.、Garoni, S. & Mulas, G. 機械的処理下における一酸化炭素に対する水素の反応性。 内部。 Ｊ．ハイドロッグ． エネルギー 35、4375–4381 (2010)。

記事 CAS Google Scholar

Duvenhage、DJ および Coville、ニュージャージー州 Fe: フィッシャー・トロプシュ反応用の Co/TiO2 バイメタル触媒。 I. 特性評価と原子炉の研究。 応用カタル。 A Gen. 153、43–67 (1997)。

記事 CAS Google Scholar

Duvenhage、DJ および Coville、ニュージャージー州 Fe: フィッシャー・トロプシュ反応用の Co/TiO2 バイメタル触媒。 パート 2. か焼と還元温度の影響。 応用カタル。 A Gen. 233、63–75 (2002)。

記事 CAS Google Scholar

Duvenhage、DJ および Coville、ニュージャージー州 Fe: フィッシャー・トロプシュ反応用の Co/TiO2 バイメタル触媒。 パート 3. Fe:Co 比、混合および負荷が FT 製品の選択性に及ぼす影響。 応用カタル。 A Gen. 289、231–239 (2005)。

記事 CAS Google Scholar

Delogu, F.、Schiffini, L. & Cocco, G. メカニカルアロイングによるアモルファス化プロセスの不変法則。 フィル。 マグ。 A 81、1917 ～ 1937 年 (2001)。

記事 ADS CAS Google Scholar

デログ、F. et al. メカノケミカルプロセスへの定量的アプローチ。 J. メーター。 科学。 39、5121–5124 (2004)。

記事 ADS CAS Google Scholar

Delogu, F. &Takacs, L. 反応速度論の詳細な研究から得たメカノケミカル反応のメカニズムに関する情報。 J. メーター。 科学。 53、13331–13342 (2018)。

記事 ADS CAS Google Scholar

Miller, PJ, Coffey, CS & DeVost, VF 急速な変形による結晶固体の加熱。 Ｊ．Ａｐｐｌ． 物理学。 59、913–916 (1986)。

記事 ADS CAS Google Scholar

Falcon, E.、Laroche, C.、Fauve, S. & Coste, C. 地面から繰り返し跳ね返る 1 つの非弾性ボールの挙動。 ユーロ。 物理学。 J.B 3、45–57 (1998)。

記事 ADS CAS Google Scholar

Stronge、WJ Impact Mechanics (ケンブリッジ大学出版局、2000)。

MATH を予約する Google Scholar

McLaskey, GC & Glaser, SD ヘルツ衝撃: 力パルスと結果として生じる応力波の実験的研究。 J.アコースティック。 社会午前。 128、1087–1096 (2010)。

論文 ADS PubMed Google Scholar

Huang, H.、Dallimore, MP、Pan, J. & McCormick, PG 自由落下実験を使用した、ボールとプレートの間の衝撃特性に対する粉末の影響の調査。 メーター。 科学。 工学 A 241、38–47 (1998)。

記事 Google Scholar

Tricker, AW、Samaras, G.、Hebisch, KL & Realff, MJ メカノケミカル リアクターにおけるホット スポットの生成、反応性、および減衰。 化学。 工学 J. 382、122954 (2020)。

記事 CAS Google Scholar

De Smit, E. & Weckhuysen, BM 鉄ベースのフィッシャー・トロプシュ合成のルネッサンス: 多面的な触媒失活挙動について。 化学。 社会改訂 37、2758–2781 (2008)。

論文 PubMed Google Scholar

オレゴン州インダーウィルディ、SJ ジェンキンス、DA キング フィッシャー・トロプシュ機構の再考: 合成ガスから高級炭化水素を製造するための代替経路。 Ｊ．Ｐｈｙｓ． 化学。 C 112、1305–1307 (2008)。

記事 CAS Google Scholar

Fajin、JLC、Cordeiro、MNDS & Gomes、JRB 多成分触媒におけるフィッシャー・トロプシュ合成: コンピューター シミュレーションから何が学べるか? 触媒 5、3–17 (2015)。

記事 Google Scholar

Puga、AV CO および CO2 水素化触媒の活性相と活性部位の性質について。 カタル。 科学。 テクノロジー。 8、5681–5707 (2018)。

記事 CAS Google Scholar

リファレンスをダウンロードする

MC は、イタリアのカリアリ大学でイノベーション科学とテクノロジーの国際博士号の枠内で活動を行いました。

機械化学材料工学部、CSGI カリアリ研究ユニット、カリアリ大学、via Marengo 2、09123、カリアリ、イタリア

マリア・カルタ & フランチェスコ・デログ

カリアリ大学化学地質科学部、チッタデッラ ウニベルシタリア、SS 554 セストゥ交差点、09042、モンセラート、カリフォルニア、イタリア

アンナ・ローラ・サンナ & アンドレア・ポルチェドゥ

サッサリ大学化学薬学部、Via Vienna 2、07100、サッサリ、イタリア

セバスティアン・ガローニ

PubMed Google Scholar でこの著者を検索することもできます

PubMed Google Scholar でこの著者を検索することもできます

PubMed Google Scholar でこの著者を検索することもできます

PubMed Google Scholar でこの著者を検索することもできます

PubMed Google Scholar でこの著者を検索することもできます

FD が研究を設計しました。 MC、ALS、SG、AP、FD が実験を実施しました。 FD、SG、AP がこの論文を執筆しました。 著者全員が原稿について議論し、レビューしました。

フランチェスコ・デログへの通信。

著者らは競合する利害関係を宣言していません。

シュプリンガー ネイチャーは、発行された地図および所属機関における管轄権の主張に関して中立を保ちます。

オープン アクセス この記事はクリエイティブ コモンズ表示 4.0 国際ライセンスに基づいてライセンスされており、元の著者と情報源に適切なクレジットを表示する限り、あらゆる媒体または形式での使用、共有、翻案、配布、複製が許可されます。クリエイティブ コモンズ ライセンスへのリンクを提供し、変更が加えられたかどうかを示します。 この記事内の画像またはその他のサードパーティ素材は、素材のクレジットラインに別段の記載がない限り、記事のクリエイティブ コモンズ ライセンスに含まれています。 素材が記事のクリエイティブ コモンズ ライセンスに含まれておらず、意図した使用が法的規制で許可されていない場合、または許可されている使用を超えている場合は、著作権所有者から直接許可を得る必要があります。 このライセンスのコピーを表示するには、http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ にアクセスしてください。

転載と許可

Carta, M.、Sanna, AL、Porcheddu, A. 他。 機械的に活性化された一酸化炭素の接触水素化の根底にあるメカノケミカル効果。 Sci Rep 13、2470 (2023)。 https://doi.org/10.1038/s41598-023-28972-8

引用をダウンロード

受信日: 2022 年 10 月 26 日

受理日: 2023 年 1 月 27 日

公開日: 2023 年 2 月 11 日

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-28972-8

次のリンクを共有すると、誰でもこのコンテンツを読むことができます。

申し訳ございませんが、現在この記事の共有リンクは利用できません。

Springer Nature SharedIt コンテンツ共有イニシアチブによって提供

コメントを送信すると、利用規約とコミュニティ ガイドラインに従うことに同意したことになります。 虐待的なもの、または当社の規約やガイドラインに準拠していないものを見つけた場合は、不適切としてフラグを立ててください。