Новости химической науки > Изучение катализа методом МРТ

Исследователи разработали метод наблюдения за взаимодействием газов с твердым катализатором в пределах микрореактора. Новая методика позволяет обнаруживать активные зоны на поверхности катализатора, открывая путь для изучения процессов в масштабах технологии 'lab-on-a-chip'.

Международная группа исследователей из США, России и Пакистана под руководством Луи Бушара (Louis Bouchard) из Национальной Лаборатории Лоренса Беркли использовала магнитно-резонансную томографию [magnetic resonance imaging (MRI)] для наблюдения за процессом гидрирования пропена, протекающем в микрореакторе на катализаторе Уилкинсона, иммобилизованном на силикагеле. Метод МРТ работает за счет приложения внешнего магнитного поля к ядрам, магнитные спины которых резонируют при определенной частоте. Спины могут быть возбуждены с помощью радиоволнового излучения, после появляется возможность построить «карту» активности.

(A) Образы МРТ показывают, как поляризованный пропан перемещается по поверхности катализатора и где будет протекать дальнейшая реакция. В Реактор с порошкообразным катализатором Уилкинсона, смешанным со стеклянными гранулами. Красный пунктир показывает область, в которой были получены образы МРТ. (Рисунок из Science, 2007, 319, 442)

Газофазные реакции трудно изучать методом МРТ из-за того, что малая концентрация и высокая подвижность молекул в газовой фазе не позволяет получить качественный образ МРТ. Более того, ряд молекул вообще обладает нулевым ядерным спином, и при наложении радиочастоты они не дают сигнала.

Бушар с коллегами решили увеличить количество молекул водорода, обладающих «правильными» спиновыми характеристиками. Они проводили реакцию при 77K, такие условия увеличивают содержание ядер водорода с «пара»-конфигурацией спиновой поляризации. Присоединение молекул водорода с ненулевым спином к пропену позволяет получить молекулы пропана, спин которых может быть изучен с помощью метода МРТ.

Бушар поясняет, что использование подходящей радиочастоты позволяет зафиксировать спиново-поляризованное состояние пропана и проследить за его дальнейшей судьбой с помощью метода МРТ, выявив вторичные реакции пропана в случае их протекания.

Источник: Science, 2007, 319, 442 (DOI: 10.1126/science.1151787)

метки статьи: #аналитическая химия, #квантовая химия, #кинетика и катализ, #физическая химия, #химия поверхности