دانشمندان آزمایشگاه ملی Ridge oak یک راز طولانی مدت در زمینه کاتالیز را حل کردهاند. این محققان کشف کردهاند که چرا فعالیت کاتالیستی طلا هنگامی کهاندازه ذرات آن کمتر از پنج نانومتر میشود، به شدت افزایش پیدا میکند، درصورتی که عکس این حالت برای پلاتین صادق است.

کشف راز فعالیت کاتالیستی بالای نانوذرات طلا
دانشمندان آزمایشگاه ملی Ridge oak یک راز طولانی مدت در زمینه کاتالیز را حل کردهاند.
این محققان کشف کردهاند که چرا فعالیت کاتالیستی طلا هنگامی کهاندازه ذرات آن
کمتر از پنج نانومتر میشود، به شدت افزایش پیدا میکند، درصورتی که عکس این حالت
برای پلاتین صادق است.
مطالعات جدید نشان میدهد که نانوذرات طلا میتوانند بعنوان مواد
کاتالیستی کاربردهای گستردهای داشته باشند. دانشمندان در سال ۱۹۸۰ کشف
کردند که فعالیت کاتالیستی ذرات طلای کوچکتر از پنج نانومتر، برای واکنشهایی
شبیه اکسیداسیون مونوکسیدکربن در دمای پائین، خیلی بیشتر از فعالیت
کاتالیستی دیگر فلزات نجیب است. در مقابل، نانوذرات پلاتین کمتر از پنج
نانومتر، فعالیت کاتالیستی کمتری دارند. تاکنون، کسی دلیل این پدیدهها را
به روشنی نمیدانست؛ اما یک گروه از محققان در آزمایشگاه ملی Ridge oak
برای جوابی برای این سؤال پیدا کردهاست.
محاسبات این محققان نشان میدهد که اختلاف اساسی بین رفتار طلا و پلاتین
درمقیاس نانو، ناشی از اختلاف در استحکام پیوند آنها با مواد است.اگر چه هر
دو فلز هنگامی که اندازه ذره آنها کوچکتر میشود، پیوند قویتری با مواد
واکنشدهنده برقرار میکنند، اما در پلاتین این پیوندها بهقدری قوی هستند
که واکنش بین مواد واکنشدهنده، در دماهای پایین هرگز اتفاق نمیافتد،ولی
در طلا، پیوندهای ضعیفتر و انعطافپذیری نانوذرات، فعالیت کاتالیستی آنها
را بالا نگه میدارند.
آندریو لوپینی یکی از این محققان گفت: «ذرات طلا، در اندازههای نانو، کوچک،
نرمتر و انعطافپذیر میشوند، لذا موادی که با این نانوذرات واکنشدادهاند
اجازه حرکت و برهمکنش را خواهند داشت». او اضافه کرد: «همین امر سبب میشود
که طلا در مقیاس نانو خیلی فعال باشد».
لوپینی و همکارانش، برای انجام این تحقیق از یک میکروسکوپ الکترونی عبوری
پیمایشگر (STEM) ویژه که عدم انطباق کانونی در آن تصحیح شده بود،
استفاده کردند. در حال حاضر این میکروسکوپ تصاویری با بهترین قدرت تفکیک
را میدهد.
این محققان با کمک این میکروسکوپ، قادر به گرفتن تصاویری از خوشههای
طلایی که از نمونههای مشاهدهشده قبلی، کوچک و نازکتر بودند،شدند.
آنها سپس، برای تعیین فعالیت سایتهای مختلف با کوردیناسیون متفاوت و
همچنین تعیین چگونگی تاثیر ابعاد ذرات بر تعداد این سایتها، از مجموعهای
از اصول اولیه استفاده کردند.
کاتالیستهای نانوذرات طلا کاربردهایی از قبیل استفاده در دستگاه تنفس
مصنوعی، کاهش دهنده آلودگی در خودرو و حذف انتخابپذیر مونواکسیدکربن از
گاز هیدروژن در پیلهای سوختی دارند. این گروه تحقیقاتی اکنون میخواهند
روی روشهای جدید ساخت این کاتالیستها تحقیق کنند.
لوپینی گفت: « با ترکیب روش تولید کاتالیست و اندازهگیری واکنشپذیری با
STEM دارای قدرت تفکیک بالا، و تئوری اصول اولیه در یک برنامه هم
نیروزادی، ما امیدواریم، دیدگاهای اساسی جدیدی در مورد چگونگی کارکردن
آنها در مقیاس اتمی، بهدست آوریم، بهطوری که بتوان کاتالیستهای جدیدی با
عملکرد بهتر تولید کرد».
این محققان نتایج کار خود را در مجله Physical Review B منتشر کردهاند.