కొత్త సాధనం మార్గదర్శకత్వం ఉత్ప్రేరకంలో పురోగతిని పెంచుతుంది

దశాబ్దాలుగా, ఉత్ప్రేరకాలు రోజువారీ జీవితంలో పాడని నాయకులు. ఈ వర్క్‌హార్‌లు బ్రెడ్ తయారీలో ఈస్ట్ మరియు ముడి పదార్థాలను మరింత సమర్థవంతంగా మరియు స్థిరంగా ఇంధనాలుగా మార్చడానికి మానవ నిర్మిత ఉత్ప్రేరకాలు వంటి తక్కువ శక్తితో ప్రారంభ పదార్థాన్ని ఉత్పత్తి లేదా ఇంధనంగా మారుస్తాయి. సింగిల్ అటామ్ ఉత్ప్రేరకాలు అని పిలువబడే ఈ సహాయక పదార్ధాల యొక్క మంచి తరగతి ఉద్భవించింది మరియు వాటిని బాగా అర్థం చేసుకోవడానికి పరిశోధకులకు కొత్త పద్ధతులు అవసరం. మరింత ప్రత్యేకంగా, క్రియాశీల సైట్‌లు అని పిలువబడే రసాయన ప్రతిచర్యలు సంభవించే సైట్‌ల నిర్మాణం కార్యాచరణ అని పిలువబడే రసాయన ప్రతిచర్య రేటును వేగవంతం చేసే ఉత్ప్రేరకం సామర్థ్యాన్ని ఎలా ప్రభావితం చేస్తుందో వారు తెలుసుకోవాలనుకుంటున్నారు.

ఒక ముఖ్యమైన ముందడుగులో, డిపార్ట్‌మెంట్ ఆఫ్ ఎనర్జీ యొక్క SLAC నేషనల్ యాక్సిలరేటర్ లాబొరేటరీలోని స్టాన్‌ఫోర్డ్ సింక్రోట్రోన్ రేడియేషన్ లైట్‌సోర్స్ (SSRL) పరిశోధకులు కాలిఫోర్నియా విశ్వవిద్యాలయం, డేవిస్ (UC డేవిస్) ​​బృందంతో కలిసి కొత్త సాఫ్ట్‌వేర్ సాధనాన్ని అభివృద్ధి చేశారు. కరెంట్‌తో పోలిస్తే చాలా తక్కువ సమయంలో ఒకే పరమాణు ఉత్ప్రేరకాలలో క్రియాశీల సైట్‌ల నిర్మాణం గురించి మరింత పరిమాణాత్మక వివరాలు పద్ధతులు. ఫలితాలు ప్రచురించబడ్డాయి కెమిస్ట్రీ-మెథడ్స్.

సాధారణంగా, ఒక ఉత్ప్రేరకం లోహ పరమాణువులు లేదా లోహ నానోపార్టికల్స్ యొక్క నానోమీటర్-పరిమాణ సమూహాలను స్థిరీకరించడానికి జడ మద్దతును ఉపయోగిస్తుంది. ఉత్ప్రేరక సమయంలో, ఉపరితల అణువులు మాత్రమే క్రియాశీల సైట్‌లుగా పనిచేస్తాయి, నానోపార్టికల్ లోపలి భాగంలో అణువులను ఉపయోగించకుండా వదిలివేస్తుంది. ప్రతి మెటల్ అణువు యొక్క వినియోగాన్ని పెంచడానికి, పరిశోధకులు ఒక మంచి ఆలోచనతో ముందుకు వచ్చారు — ఒకే అణువు ఉత్ప్రేరకాలు, ఇక్కడ వ్యక్తిగత లోహ పరమాణువులు మద్దతుపై చెదరగొట్టబడతాయి.

ఈ ఉత్ప్రేరకాలు రూపకల్పన మరియు అభివృద్ధి చేయడంలో, పరిశోధకులు క్రియాశీల సైట్‌ల నిర్మాణాన్ని అర్థం చేసుకోవాలి, తద్వారా వారు దానిని కార్యాచరణతో సంబంధం కలిగి ఉంటారు. నిర్మాణం గురించి మరింత తెలుసుకోవడానికి, బృందం మెగ్నీషియం ఆక్సైడ్ మద్దతుపై స్థిరీకరించబడిన సింగిల్ ప్లాటినం అణువులను సారూప్య సింగిల్ అటామ్ ఉత్ప్రేరకాల కోసం కేస్ స్టడీగా ఉపయోగించింది. UC డేవిస్ నుండి ఇటీవల తన PhD పొందిన అధ్యయనం యొక్క ప్రధాన రచయిత్రి రచితా రాణా, పొడిగించిన ఎక్స్-రే అబ్సార్ప్షన్ ఫైన్ స్ట్రక్చర్ (EXAFS) స్పెక్ట్రోస్కోపీ అనే సాంకేతికతను ఉపయోగించారు, ఇది సక్రియ సైట్‌లోని అణువు చుట్టూ ఉన్న సగటు వాతావరణాన్ని వెల్లడిస్తుంది, సంఖ్య మరియు పొరుగు అణువుల దూరం. సాంప్రదాయకంగా, EXAFS డేటాతో, ఉత్తమ సరిపోతుందని ఎంచుకునే ముందు పరిశోధకులు పదుల నుండి వందల సంఖ్యలో అభ్యర్థుల నిర్మాణాలను అంచనా వేస్తారు. బదులుగా, రానా డెన్సిటీ ఫంక్షనల్ థియరీ మరియు EXAFS అని పిలువబడే సైద్ధాంతిక గణనలను కలపడం ద్వారా విశ్లేషణ ప్రక్రియను ఆటోమేట్ చేయాలని ప్రతిపాదించాడు. సాఫ్ట్‌వేర్ యొక్క మొదటి వెర్షన్, QuantEXAFS, ఈ సందర్భంలో ఒక రకమైన అణువు, ప్లాటినం అణువుల కోసం నిర్మాణాన్ని నిర్ణయించింది.

వాస్తవానికి, ఉత్ప్రేరకాలు సాధారణంగా ఒకే అణువులు మరియు నానోపార్టికల్స్ రెండింటినీ కలిగి ఉంటాయి. QuantEXAFS ఆధారంగా, రానా ఈ రెండు రూపాల భిన్నాలను గుర్తించడానికి కోడ్ యొక్క సామర్థ్యాలను విస్తరించాడు, నిర్మాణం గురించి మరింత నిర్దిష్ట సమాచారాన్ని అందించాడు. “MS-QuantEXAFS యాక్టివ్ సైట్‌లను గుర్తించడంలో సహాయపడటమే కాకుండా, నిర్దిష్ట సైట్ శాతాన్ని కూడా లెక్కిస్తుంది మరియు మొత్తం డేటా విశ్లేషణ ప్రక్రియను ఆటోమేట్ చేస్తుంది” అని ఆమె చెప్పారు. “మీరు దీన్ని మాన్యువల్‌గా చేస్తుంటే, ఇది సాధారణంగా మిమ్మల్ని కొన్ని రోజుల నుండి నెలల వరకు ఎక్కడికైనా తీసుకువెళుతుంది. MS-QuantEXAFSతో, మీరు స్థానిక కంప్యూటర్‌లో రాత్రిపూట ఈ విశ్లేషణ చేయగలరు.”

బృందం తదుపరి MS QuantEXAFSని శాస్త్రీయ సమాజానికి సిద్ధం చేసి విడుదల చేయాలనుకుంటోంది. “ఈ సాధనం ఉత్ప్రేరక పరిశోధకులకు అందించడానికి చాలా ఉంది” అని రానా అన్నారు. SSRLలో సహ రచయిత మరియు విశిష్ట శాస్త్రవేత్త సైమన్ R. బేర్ అంగీకరిస్తున్నారు, ముఖ్యంగా తర్వాతి తరం విద్యార్థుల కోసం శిక్షణా తరగతుల్లో కూడా దీనిని చేర్చాలని యోచిస్తున్నామని తెలిపారు.

DOE ఆఫీస్ ఆఫ్ సైన్స్ ఈ పరిశోధనకు మద్దతు ఇచ్చింది. SSRL అనేది DOE ఆఫీస్ ఆఫ్ సైన్స్ యూజర్ సౌకర్యం.