استفاده از نانوذرات روتنیوم و مس به‌عنوان کاتالیست در تجزیه‌ی آمونیاک

یافته‌های اخیر محققان نشان می‌دهد که واکنش‌های تحت تابش نور را می‌توان با استفاده از نانوذرات پلاسمونیک در شرایط ملایم‌تر نیز انجام داد. در طبیعت نور عامل واکنش‌های شیمیایی مختلفی است و شیمی‌دان‌ها تلاش دارند تا با مطالعه‌ی این فرآیندها از آن برای ایجاد واکنش‌های شیمیایی مصنوعی استفاده کنند. در صنعت معمولاً از گرما برای ایجاد انرژی اکتیواسیون استفاده می‌شود.

اخیراً محققان نشان دادند که نور و گرما را می‌توان با هم برای ایجاد واکنش‌ ذخیره‌سازی هیدروژن استفاده کرد و با این کار فرآیند در شرایط ملایم‌تر و سریع‌تر اتفاق افتد.

فتوکاتالیست‌های پلاسمونیک می‌توانند سد اکتیواسیون را در یک واکنش شیمیایی کاهش دهند که این کار با استفاده از تهییج الکترونیکی یا لرزش مولکول‌ها یا اتم‌های جذب شده، انجام می‌شود.

واکنش‌های شیمیایی مختلف با استفاده از کاتالیست‌های فلزی که در معرض نور قرار گرفته‌اند، صورت می‌گیرند. دلیل این امر، برهم کنش پلاسمونیک است که به موجب آن فوتون‌ها اگزایتون‌های الکترونیکی موسوم به پلاسمون‌ در فلز را تحریک می‌کنند. هنوز مشخص نیست که آیا افزایش سرعت به‌صورت مستقیم از زوال پلاسمون‌ها و تولید الکترون‌های پر انرژی نشأت می‌گیرد یا گرمایش منطقه‌ای کاتالیست مسئول این کار است.

محققان دانشگاه رایس به رهبری پیتر نوردلند و نوام هالاس، تأثیر نور بر تجزیه آمونیاک با کاتالیست روتنیم را مطالعه کردند. این واکنش پتانسیل استفاده در صنعت برای ذخیره‌سازی و رهاسازی هیدروژن به‌عنوان سوخت را دارد و تنها محصول جانبی آن نیتروژن است. با این حال دمای بالا برای انجام واکنش ضروری است.

این گروه تحقیقاتی از نانوذرات روتنیوم و مس به‌عنوان کاتالیست برای این واکنش استفاده کردند. نتایج نشان داد که این واکنش 177 برابر سریع‌تر از زمانی است که تنها از کاتالیست روتنیوم استفاده می­شود.

برای مشخص کردن تأثیر دما، محققان دما را روی سطح کاتالیست با استفاده از دوربین مادون قرمز رصد کردند و در نهایت دریافتند که گرمادهی به کاتالیست در تاریکی هیچ تأثیری روی نرخ واکنش ندارد.

پژوهشگران در حال طراحی نانوساختارهای پلاسمونیک مختلفی هستند تا از آن‌ها به‌عنوان کاتالیست برای واکنش‌های دیگر استفاده کنند.