2016年8月31日
合并两个强大的三维x光技术,一个研究小组从能源部SLAC国家加速器实验室,荷兰乌得勒支大学的新细节透露的过程称为金属中毒,堵塞毛孔的催化剂粒子用于汽油生产,导致它们失去有效性。欧洲杯猜球平台
这幅插图描绘了催化剂孔道中五个不同点的化学元素浓度。锯齿形代表孔隙通道，这是由x射线显微镜成像重建的。这些颜色表示用x射线荧光检测到的化学成分。这些信息被结合在一个模型中，模拟催化剂孔隙网络的老化。(资料来源:SLAC国家加速器实验室)
研究小组将他们的数据结合起来制作了一段视频，展示了老化过程的化学过程，并带领观众通过催化剂颗粒的孔隙进行虚拟飞行。研究结果发表在今天的《自然通讯》杂志上。
这种颗粒被欧洲杯猜球平台称为流体催化裂化(FCC)颗粒，用于炼油厂将原油蒸馏后剩下的大分子“裂解”成更小的分子，如汽油。这些油分子在微小的孔和通道中流过催化剂颗粒，确保了化学反应可以发生的活性区域。欧洲杯猜球平台但是，虽然催化剂材料在反应中不会被消耗，而且理论上可以无限循环利用，但孔隙会堵塞，颗粒会慢慢失去效力。欧洲杯猜球平台全世界大约有400个反应器系统将石油提炼成汽油，占当今汽油产量的40%到50%，每个系统每天需要10到40吨新鲜的FCC催化剂。
找到关于fcc如何老化的新线索可能是提高汽油产量的关键。但据该论文的第一作者、斯坦福同步辐射光源(斯坦福同步辐射光源是美国能源部科学用户设施办公室)的科学家Yijin Liu说，这项新技术也有可能了解为未来欧洲杯足球竞彩汽车提供动力的材料的工作原理。欧洲杯线上买球
他说:“我们通过结合这两种成像方法创建的模型可以很容易地应用于研究类似结构材料的孔隙网络的快速变化，比如电池、燃料电池和地下地质构造。”欧洲杯足球竞彩
两个视角完成画面
为了为未来的能源解决欧洲杯足球竞彩方案设计材料，科学家必须了解它们如何在人眼看不见的多个尺度下工作。
在SSRL之前的一项研究中，该团队从不同角度拍摄了一系列催化剂颗粒的二维图像，并使用他们开发的软件将它们组合成整个颗粒的三维图像，显示了催化剂中元素在不同年龄阶段的分布。欧洲杯猜球平台
在这项新研究中，研究人员在SSRL的两个试验站(或称束线)使用两种不同的3d x射线成像技术检查了从炼油厂回收的FCC粒子。
一种叫做x射线荧光的技术提供了粒子化学元素的详细轮廓。另一种是x射线透射显微镜，它捕捉到了粒子的纳米级结构，包括多孔网络的细节，在多孔网络中可以很好地观察到金属中毒。
刘说:“高分辨率的显微镜数据提供了孔隙的地图，x射线荧光的高灵敏度向我们展示了精炼流体中的金属在哪里污染了催化剂，在我们的可视化中，它就像一个彩色雾。”
这项研究的结果强调了在像SSRL这样的设施中使用多种技术来研究单个样本的重要性。刘说:“在光束上有了很大的发展，使得在非常精细的尺度上以3d形式记录数据成为可能。”他抬起了研究中使用的两条光束中的一条，这让他了解了两种成像方法的强度和局限性。
SSRL主管Kelly Gaffney说:“了解催化剂的性能需要从多个角度研究催化剂的功能。“这项令人兴奋的研究成果突出了整合不同x射线成像方法的价值，以构建对材料功能的更深理解。”欧洲杯足球竞彩
一个理解材料动力学的模型
除了视频中可视化的实验数据，科学家们还开发了一个模型，解释金属的积累如何影响催化剂的效率。
“我们使用了电阻和孔隙堵塞程度之间的类比，粒子中的两点之间使用了新的组合数据。然后，我们应用电气工程中众所周知的公式来解释通过孔隙网络的可及性，以及当金属堵塞孔隙时它是如何变化的，”该研究的联合首席研究员Florian Meirer说，他是乌得勒支大学无机化学和催化助理教授。
由此产生的模型模拟了催化剂的老化，使科学家能够量化这种虚拟老化，并帮助他们预测其运输网络的崩溃。
该模型首次解释了这是如何以一种连接方式发生的，这是改进此类催化剂设计的一大步。此外，这种新方法可以应用于其他涉及流体或气体传输的广泛材料，如电池电极，”乌得勒支大学无机化学和催化教授Bert Weckhuysen说。欧洲杯足球竞彩
其他参与这项工作的研究人员是SSRL的Courtney Krest和Samuel Webb。这项工作得到了NWO重力项目、荷兰多尺度催化能源转换中心和欧洲研究理事会高级基金的支持。
SLAC是一个多项目实验室，探索光子科学、天体物理学、粒子物理学和加速器研究的前沿问题。欧洲杯线上买球SLAC位于加州门洛帕克，由斯坦福大学为美国能源部科学办公室运营。欧洲杯线上买球更多信息，请访问slac.stanford。edu。
SLAC国家加速器实验室是由美国能源部科学办公室支持的。欧洲杯线上买球科学办公室是美国物理科学基础欧洲杯线上买球研究的最大支持者，正在努力应对我们这个时代的一些最紧迫的挑战。
来源:https://www6.slac.stanford.edu/