美国国家标准局和美国国际商用机器公司约克城Heights研究中心的科学家发展了一种技术,利用该种技术使化学工程师能选择更好的催化剂来改善工业过程。例如,这种方法能告诉研究者,怎样使制备合成燃料的石油化工材料或反应物能够连接到一种金属氧化物上,从而使它结构中的某些原子突出,以促使其更好地和第二种化合物起反应。
催化剂能增加反应速度,而当两个或两个以上的分子能发生几个不同反应时,它也能使其中某一反应占主要优势,或者能够同时兼起这两个作用。对于催化剂为什么会有这种性质,并非始终是很清楚的。但是,现在科学家深信一种金属氧化物例如五氧化二钒能把要其促使起反应的分子的一端以某种方式连接(或“吸附”)在它的表面上,以致它们能更为容易的发生反应、不仅使一种选定的反应更为可能发生,而且使产品更快地生成——这是因为两种分子中的原子相遇的可能性远比在溶液中两者自由运动时来得大。
美国国家标准局和国际商用机器公司的工作人员把他们的技术叫做角-分辨光子——激发解吸(P. S. D. ),它们的工作过程是利用光子轰击分子,使分子连接在一种金属氧化物的表面上。其他的一些方法是利用电子,但是PSD的优点是光子打到原子上时,要么释放出它们全部能量,要么一点也不释放出来。而电子打到原子时会保留一些它们的能量,从而再进行第二次轰击,而这往往可能给仪器的测量带来误差(除非已吸收的分子被排布成非常规则的形状)。
PSD操作人员把同步加速器辐射源调到某一能级,它的大小恰好跟打断金属氧化物和被吸附原子之间的键所需的能量相同。当一个光子打到吸附着的原子时,它就放出离原子核很近的一个轨道上的一个电子,从而原子电离,原子和金属氧化物间的键断裂。(这一过程的理论目前由新墨西哥的Sandia实验室的研究者所建立)。
测量被电离原子在金属氧化物表面上所引起的反射,操作人员就能检测到分子离开催化剂表面时的方向,这些反射以亮点在电视屏幕上显示出来,而亮点的大小和亮度能指示出分子和催化剂表面的角度。这样,化学工程师就能找出哪些催化剂或催化剂混合物,能以适当的原子连接一个反应分子,并使它与反应分子保持最好的角度。
迄今的大部分试验工作都基于氧化态钨金属片上。但是威斯康星大学的研究者已经使PSD用于市售的五氧化二钒催化剂。因为它们对于高效的生产速度是非常重要的。所以是化学公司成败的关键。除了帮助公司变得更加成功,同时PSD也将对表面化学的现代知识起推进作用。
〔张文净译自New Scientist,1980年9月11日〕