مطالعه‌ی نانوکاتالیست‌ها با ترکیب شبیه‌سازی و تصویربرداری TEM

نانوذرات فلزی با خواص کاتالیستی که روی زیرلایه‌های اکسیدی قرار دارند، کاربردهای متعددی در صنایع دارند، به طوری که می‌توان از آن‌ها برای تولید مواد شیمیایی یا حذف آلاینده‌ها استفاده کرد. دوام و کارایی این کاتالیست‌ها اهمیت زیادی دارد و هر بهبودی روی این ویژگی‌ها می‌تواند مزایای اقتصادی زیادی به همراه داشته باشد. محققان سوئدی دانشگاه چالمرز با ترکیب میکروسکوپ الکترونی با روش‌های محاسباتی اقدام به بهبود خواص این کاتالیست‌ها کردند. استرین می‌تواند موجب تغییر شیمیایی نانوذرات شود و حتی پیش از این یافته‌های تحقیقاتی نشان داده بود که استرین روی عملکرد کاتالیستی تأثیر منفی دارد.

توربن نیلسون پینجل از محققان این پروژه می‌گوید: «ما در این پروژه با اندازه‌گیری آزمایشگاهی توزیع فضایی استرین نانوذرات مرزهای دانش را جابه‌جا کردیم. این کار با دقت پیکومتری انجام شد و ما با استفاده از داده‌های این پروژه، شبیه‌سازی روی اکسیداسیون منوکسیدکربن توسط نانوذرات پلاتین انجام دادیم. یکی از نتایج این پروژه آن بود که نشان دادیم مقدار استرین بین نانوذرات و زیرلایه اکسیدی بسیار زیاد است. این شبیه‌سازی ثابت کرد که استرینی که به‌صورت آزمایشگاهی مشاهده شده را می‌توان برای بهبود عملکرد کاتالیست‌ها مورد استفاده قرار داد.»

filereader.php?p1=main_c81e728d9d4c2f636

پژوهشگران میزان اختلاف فاصله‌ی اتمی را در ساختار کاتالیست با دقت اندازه‌گیری کردند تا نقص‌های بلوری و ساختاری کاتالیست مشخص شود.  برای افزایش دقت در این روش، از میکروسکوپ الکترونی عبوری استفاده شده تا با عدم قطعیت زیر یک درصد، اندازه‌گیری‌ها انجام شود.

معمولاً برای درک تأثیر استرین‌های منطقه‌ای روی فعالیت‌های کاتالیستی از مدل‌سازی استفاده می‌کنند. در این پروژه از شبیه‌سازهای مونت‌کارلو برای این کار استفاده شده‌است. ترکیب روش مدل‌سازی و تصویربرداری با TEM موجب شده تا  محققان نشان دهند که استرین نانوذرات عامل بسیار مهمی در کاتالیست‌هاست. پژوهشگران امیدوارند که بتوانند از این روش‌ها برای ارتقای کیفیت کاتالیست‌ها استفاده کنند.

نتایج این پروژه در قالب مقاله‌ای با عنوان Influence of atomic site-specific strain on catalytic activity of supported nanoparticles در نشریه Nature Communications منتشر شده است.