具有多个空间分布嵌入式纳米催化剂的复合核-壳纳米反应器的反应速率

我们提出了关于复合核-壳纳米反应器总反应速率常数的详细理论，该反应器由被可变厚度水凝胶层包围的中心固体核组成，其中给定数量的催化纳米颗粒嵌入在指定位置，并具有指定的表面反应速率常数。除了组装体的精确几何结构外，我们的理论还显式考虑了反应物在水凝胶和体相中的扩散系数，以及它们进入水凝胶壳时的转移自由能跃变。此外，我们推导出了总速率常数的近似解析公式，该公式在物理相关的几何与化学参数范围内有效。我们深入讨论了速率的扩散控制部分如何依赖于关键变量，包括中心核的尺寸。特别是，在中心核尺寸较小至中等的情况下，我们推导出了用于估算每个纳米反应器中纳米催化剂数量以实现高效催化性能的几条简单规则。我们的理论处理有望为设计具有卓越性能的纳米反应器几何结构和优化纳米颗粒负载提供一个非常有用且灵活的工具。