Aynı yüzeyde iki iş

Amit üretmek için iki farklı bağ kurulmalıdır: karbon-karbon ve karbon-azot. Tek tür etkin bölgeye sahip bir katalizörde bu iki iş aynı yüzey için yarışır ve yüzey hangisine daha elverişliyse ürün o yöne kayar. Yazarların bildirdiği güçlük tam olarak budur: küçük ve bol moleküllerden amit elektrosentezinin önünde duran şey, karbon-karbon ile karbon-azot bağ oluşumunun kinetik rekabetidir.[1]

Böyle bir rekabette katalizörü genel olarak daha etkin kılmak işe yaramaz, çünkü etkinlik artışı her iki yola da dağılır. İşe yarayan yaklaşım, yolların birbirinden ayrılmasıdır: her adımı ona uygun bir bölgede yaptırmak ve ara ürünleri buluşturmak. Sorun o zaman kimya sorunundan yerleşim sorununa dönüşür.[1]

İş bölümünün planı

Hefei Teknoloji Üniversitesi ve Jinan Üniversitesi ekibinin kurduğu düzenek, azot katkılı karbon üzerine tek atom nikel ile bakır nanokümelerini yan yana yerleştiriyor. Nikel bölgeleri karbondioksiti seçici biçimde karbon monoksite çeviriyor. Komşu bakır nanokümeleri iki iş birden yapıyor: karbon-karbon eşleşmesiyle *CCO ara ürününü oluşturuyor ve nitratı indirgeyerek *NH2 ara ürününü veriyor. Karbon-azot bağı, bu iki ara ürünün birbirine yakın üretilmesi sayesinde kuruluyor.[1]

Bu tasarımda taşıyıcı da bir bileşendir. Azot katkılı karbon, tek nikel atomlarını kümeleşmeden tutan yüzeydir ve yazarların bildirdiği güçlü nikel-bakır elektronik eşleşmesi de iki bölgenin bu kadar yakın durabilmesine bağlıdır. Yerinde spektroskopi ve hesaplamalar, bu eşleşmenin *CO ikileşmesi ve *CCO-*NH2 birleşmesi gibi kritik adımların etkinleşme engelini düşürdüğüne işaret ediyor. Kazanç, yeni bir metal yerine iki bilinen metalin arasındaki mesafeden geliyor.[1]

Sayılar neyi kanıtlar

Bildirilen başarım iki sayıyı birlikte veriyor: santimetrekare başına 215,7 miliamperlik akım yoğunluğunda, gram katalizör başına saatte 257,3 milimol asetamit. Bu ikisinin birlikte verilmesi önemlidir, çünkü elektrokataliz sonuçları çoğu zaman düşük akımda ölçülür ve akım yükseldiğinde seçicilik düşer. Buradaki akım yoğunluğu, endüstriyel elektrolizörlerin çalıştığı aralıktadır. Üçüncü sayı 160 saatlik kararlı çalışmadır ve tek atomlu katalizörlerde asıl yıpranma mekanizması atomların yüzeyde göç edip kümeleşmesi olduğu için bu süre anlamlıdır.[1]

Bu sayıların kanıtladığı şey, tarif edilen yerleşimin çalıştığıdır. Bir üretim yolunun kurulduğunu ise kanıtlamazlar: gram başına verim, elektrot alanı başına verime çevrildiğinde katalizör yüklemesine bağlıdır; asetamidin seyreltik elektrolitten ayrılması ayrı bir işlem basamağıdır; nitratın nereden geleceği ayrı bir sorudur. Bunlar sıradaki basamaklardır. Burada kurulan şey bir tesis yerine bir tasarım kuralıdır: karmaşık bir elektrokimyasal tepkimede ara ürünleri hangi bölgede üreteceğinizi seçebiliyorsanız, hangi ürünü alacağınızı da seçebiliyorsunuz.[1]