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작동 촉매와 반응 분자 사이의 경계면에서 구조를 실험적으로 규명하는 것은 불균일 촉매 작용을 근본적으로 이해하는 열쇠입니다. 막스 플랑크 협회의 프리츠 하버 연구소(Fritz Haber Institute)의 연구원들은 유기 분자와 기상 산소의 반응을 통해 귀중한 생성물을 합성하는 중요한 촉매인 오산화바나듐의 진동 스펙트럼을 재지정하여 어느 중심이 있는지 밝힐 수 있었습니다. 산소 분자의 활성화와 탄화수소의 산화에 관여합니다. 오산화바나듐의 결정 구조에서 세 가지 다른 유형의 산소 원자는 이웃한 바나듐 원자를 연결하는 방식에 따라 구별됩니다. 라만 분광법으로 측정된 산화물의 진동 스펙트럼은 일반 원자 질량 16의 산소 원자가 질량 18의 더 무거운 산소 동위원소로 교환될 때 다릅니다. 이제 연구원들은 세 가지 중 하나만 있는 경우에 대해 라만 스펙트럼을 시뮬레이션했습니다. 고체의 위치 또는 세 위치 모두 더 무거운 산소 원자가 차지합니다. Fitz Haber Institute 팀은 계산된 스펙트럼을 동위원소 표지된 산소의 존재 하에서 측정된 스펙트럼과 비교함으로써 촉매 격자의 세 가지 산소 원자 중 어느 것이 기체상과 반응하는지 보여주었습니다. 고체의 잘 정의된 구조와 현실적인 촉매 조건에서 연구가 수행되었다는 사실로 인해 프로판 산화의 반응 조건이 작동 촉매의 구조에 미치는 영향에 대한 실험적으로 검증된 결론이 가능했습니다. 산소 원자의 유형과 고체의 표면만 반응에 관여하는지 또는 고체의 더 깊은 층의 중심도 반응에 관여하는지 여부는 기체상의 온도와 화학적 조성에 따라 달라집니다. 다양한 산소 종이 표면 반응을 가치 있는 산화 생성물 쪽으로 유도하거나 탄화수소를 이산화탄소로 완전히 연소시키기 때문에 이 정보는 중요합니다. 매우 높은 온도와 강한 환원 조건에서만 촉매 격자의 산소 원자가 기상의 산소 원자로 교환된다는 사실이 밝혀졌습니다. 촉매가 프로필렌이나 산소화물과 같은 고가치 반응 생성물을 생성하는 조건에서는 이는 거의 발생하지 않으며 오랜 시간 작동한 후에만 측정할 수 있습니다. 이는 이산화탄소로의 전체 연소를 피함으로써 원료의 지속 가능한 사용을 달성하기 위해 산화 촉매 작용에 확립된 기계적 및 설계 개념을 재고해야 함을 의미합니다.