توسعه روشی جدید برای مطالعه کاتالیزورها

اکسیداسیون مونوکسید کربن سمی به دی‌اکسید کربن هر روزه در میلیون‌ها خودرو اتفاق
می‌افتد. با وجود اینکه مطالعات بسیار زیادی روی این فرایند کاتالیستی صورت گرفته
است، هنوز مکانیسم دقیق برهمکنش میان مولکول مونوکسید کربن و کاتالیزور که به طور
معمول پلاتینیوم است، شناخته شده نیست. یکی از مراحل مهم این واکنش جذب CO روی سطح
کاتالیزور است.

 
گروهی از دانشمندان از ESRF و ETH زوریخ (سوئیس) توانسته‌اند چگونگی سازمان‌دهی
مجدد الکترون‌های پلاتینیوم هنگام جذب CO را مشاهده کرده و دلیل مسموم شدن
کاتالیزورها (کاهش فعالیت آنها) را ببینند. این برای اولین بار است که چنین
آزمایشی در همان دما و فشاری که در کاتالیزور اگزوز خودرو وجود دارد، انجام
می‌شود.

زمانی که CO یا گازهای سمی دیگر با یک کاتالیزور که معمولاً یک فلز نجیب
مثل پلاتینیوم است، تماس می‌یابند، اکسید شده و به گازهای کم‌خطر تبدیل می‌شوند.
در این مورد، CO به دی‌اکسید کربن تبدیل می‌شود که از طریق اگزوز خودرو
خارج می‌شود. با این حال زمانی که کاتالیزور در دمای پایینی قرار دارد،
کارایی آن به شدت کاهش می‌یابد. دانشمندان ESRF و ETH در زوریخ دریافتند که
چگونه مونوکسید کربن سطح کاتالیزور را مسموم می‌کند. پیوند قوی میان CO و
پلاتینیوم محل‌های فعال روی کاتالیزور را بسته و با جلوگیری از واکنش آن با
اکسیژن، فعالیت کاتالیزور را کاهش می‌دهد.

دانشمندان در تمام دنیا ساختار الکترونی CO جذب شده را با استفاده از
روش‌هایی همچون طیف‌سنجی اشعه ایکس نرم به دقت مطالعه کرده‌اند، اما مطالعه
بسیار کمی روی الکترون‌های پلاتینیوم صورت گرفته است؛ ثابت شده است که
انجام مطالعه روی ساختار الکترونی نانوذرات پلاتینیوم در فشار عادی بسیار
سخت است. در حقیقت روش‌های تجربی بسیار کمی برای انجام این مطالعه در دما و
فشار مورد نیاز، محیط گازی موجود و غلظت پایین فلز در نانوذرات پلاتینیوم
وجود دارند. این گروه پژوهشی روشی برای مطالعه الکترون‌های پلاتینیوم که در
پیوند با CO مشارکت می‌کنند، توسعه داده است. پیتر گلاتزل یکی از دانشمندان
ESRF می‌گوید: «ما برای اولین بار یک راهکار تجربی و تئوری جدید را ترکیب
نموده و روشی توسعه داده‌ایم که کاربردهای زیادی در تحقیقات کاتالیزورها
دارد. این روش امکان بررسی جذب CO روی پلاتینیوم را از دیدگاهی که قبلاً
ممکن نبود، فراهم می‌کند».

مرحله بعدی، مطالعه تغییرات ایجاد شده در ساختار کاتالیزور در شرایط واقعی
همچون اکسیداسیون ترجیحی CO است.