सभी मनुष्यों को रहने के लिए साफ पानी की आवश्यकता होती है। हालांकि, पानी को शुद्ध करना ऊर्जा-गहन हो सकता है, इसलिए इस प्रक्रिया को बेहतर बनाने में बहुत रुचि है। तोहोकू विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने अधिक मजबूत और कुशल जल शोधन के लिए एकल-एटम उत्प्रेरक (एसएसीएस) के विकास में तेजी लाने के लिए सटीक संश्लेषण के साथ मिलकर डेटा-संचालित भविष्यवाणियों का उपयोग करके एक रणनीति की सूचना दी है।
SACS सबसे महत्वपूर्ण उत्प्रेरक में से एक है। वे रासायनिक उद्योगों, ऊर्जा रूपांतरण और पर्यावरणीय प्रक्रियाओं सहित विभिन्न अनुप्रयोगों में दक्षता बढ़ाने में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। विशेष रूप से जल शोधन के लिए, एसएसीएस पारंपरिक विषम उत्प्रेरक की सीमाओं को पार कर सकता है जैसे कि कैनेटीक्स, उत्प्रेरक चयनात्मकता और स्थिरता – कुशल और टिकाऊ जल शोधन प्रौद्योगिकियों की उन्नति के लिए एक आशाजनक तरीके से प्रशस्त करना।
हालांकि, एसएसीएस के विकास में अक्सर समय लेने वाले परीक्षण-और-त्रुटि विधियों को नियोजित किया जाता है, और विशिष्ट संश्लेषण विधियों में अक्सर उच्च स्तर के नियंत्रण की कमी होती है। एक ऐसी प्रक्रिया से बचने के लिए जिसमें अनिवार्य रूप से अंधेरे में शॉट्स लेना शामिल है, शोधकर्ताओं ने एक डेटा-चालित दृष्टिकोण लिया, जहां उन्होंने तेजी से और सटीक भविष्यवाणी की कि कौन से SACS को बनाने से पहले भी सबसे अच्छा प्रदर्शन होगा। उन्होंने 43 धातुओं की तुलना की4 एक हार्ड-टेम्प्लेट विधि का उपयोग करके संक्रमण और मुख्य समूह धातु तत्वों से युक्त संरचनाएं।
इस रणनीति के बाद, उन्होंने निर्धारित किया कि सबसे अच्छा उम्मीदवार एक अच्छी तरह से डिज़ाइन किया गया Fe-SAC था जिसमें Fe-pyridine-N4 साइटों (~ 3.83 wt%) और अत्यधिक मेसोपोरस संरचना के उच्च लोडिंग के साथ था। इसने अल्ट्रा-हाई डीकॉनटैमिनेशन परफॉर्मेंस (100.97 मिनट की दर स्थिर) का प्रदर्शन किया-1 जी-2)।
WPI-IMR के एसोसिएट प्रोफेसर हाओ ली, “हमारे ज्ञान के लिए,” अनुकूलित Fe-SAC भी लगातार 100 घंटे तक काम कर सकता है, “यह फेंटन-जैसे उत्प्रेरक पर अपशिष्ट जल शोधन के सर्वश्रेष्ठ प्रदर्शनों में से एक का प्रतिनिधित्व करता है-जो अभिकर्मक हैं जल शोधन के लिए उपयोग किया जाता है – अब तक रिपोर्ट किया गया। “
घनत्व कार्यात्मक सिद्धांत गणनाओं से पता चला कि अंतर्निहित तंत्र यह था कि एसएसी ने दर-निर्धारण चरण के ऊर्जा अवरोध को कम कर दिया, जो मध्यवर्ती ओ* गठन है। इसके परिणामस्वरूप सिंगलेट ऑक्सीजन की अत्यधिक चयनात्मक पीढ़ी हुई, जिसे पानी को शुद्ध करने में मदद करने के लिए प्रदूषकों को तोड़ने के लिए दिखाया गया है।
यह सुनिश्चित करने के लिए कि डेटा-संचालित भविष्यवाणी ने इस “सर्वश्रेष्ठ” उम्मीदवार को सटीक रूप से चुना था, अनुसंधान टीम ने विभिन्न सैद्धांतिक गतिविधियों के साथ पांच अन्य धातुओं-एन 4 संरचनाओं (यानी, एफई, सीओ, एनआई, सीयू और एमएन) को देखा। उन्होंने पुष्टि की कि Fe-Sac ने वास्तव में पांच चयनित SACS के बीच सबसे उत्कृष्ट फेंटन जैसे प्रदर्शन का प्रदर्शन किया, जो डेटा-संचालित भविष्यवाणी के साथ अच्छी तरह से सहमत है।
एक सटीक संश्लेषण रणनीति के साथ एक डेटा-संचालित विधि का करीबी एकीकरण पर्यावरणीय क्षेत्रों के लिए उच्च-प्रदर्शन उत्प्रेरक के तेजी से विकास के लिए एक उपन्यास प्रतिमान प्रदान करता है, और अन्य क्षेत्रों में जो स्थायी ऊर्जा और कटैलिसीस शामिल हैं। आगे बढ़ते हुए, वे उत्प्रेरक के तेजी से और प्रभावी डिजाइन के लिए एक कुशल और उपयोगकर्ता के अनुकूल वर्कफ़्लो विकसित करने का लक्ष्य रखते हैं।
विधि को अपने स्वयं के काम में शामिल करने के इच्छुक लोग डिजिटल कैटालिसिस प्लेटफॉर्म (DIGCAT) में प्रयोगात्मक डेटा और कम्प्यूटेशनल संरचनाओं को देख सकते हैं: हाओ ली लैब द्वारा विकसित की गई तारीख तक रिपोर्ट की गई सबसे बड़ी प्रयोगात्मक कैटालिसिस डेटाबेस। निष्कर्ष भी प्रकाशित किए गए थे अनुप्रयुक्त रसायन विज्ञान अंतर्राष्ट्रीय संस्करण 31 जनवरी, 2025 को।
लेख प्रसंस्करण शुल्क (APC) को Tohoku विश्वविद्यालय सहायता कार्यक्रम द्वारा समर्थित किया गया था।
