یک گروه تحقیقاتی از دانشگاه ویسکونسین– مادیسون و دانشگاه مریلند، نانوکاتالیست جدیدی را تولید کرده‌اند که راه را برای وسایل نقلیه پیل سوختی کارآمدتر، هموار می‌کند. این محققان با احاطه کردن یک نانوذره روتنیوم با یک تا دو لایه از اتم‌های پلاتین، موفق به تولید نوعی کاتالیست جدید شده‌اند. این نانوکاتالیست یک کاتالیست دما اتاق است که واکنش خالص‌سازی هیدروژن را به‌طور مؤثری بهبود می‌دهد و باعث میشود که در پیل سوختی، هیدروژن بیشتری برای تولید انرژی در دسترس باشد.
نانوکاتالیست جدید، نویدبخش ماشین‌های پیل سوختی کارآمدتر
|
یک گروه تحقیقاتی از دانشگاه ویسکونسین– مادیسون و دانشگاه مریلند، نانوکاتالیست |
|
روزی فراخواهد رسید که تولید الکتریسیته با مصرف هیدروژن تولیدشده از منابع |
|
|
|
محققان دانشگاه ویسکونسین– مادیسون و دانشگاه مریلند با احاطه کردن یک |
| در فرایند خالص‌سازی هیدروژن، یک کاتالیست مرسوم ساخته‌شده از روتنیوم و پلاتین، باید به‌منظور انجام واکنش PROX تا دمای ۷۰ درجه سلیوس یا ۱۵۸ درجه فارانهایت گرم شود، اما هنگامی که همان عناصر به‌عنوان نانوذرات هسته– پوسته باهم ترکیب شوند، در دمای اتاق عمل می‌کنند. هر چه دمایی که در آن کاتالیست واکنش‌گرها را فعال می‌کند و محصولات را تولید می‌کند، کمتر باشد؛ انرژی بیشتر ذخیره میشود. مانوس ماوریکاکیس، استاد مهندسی شیمی و زیستی از دانشگاه ویسکونسین- مادیسون و یکی از این محققان، گفت:« ما متوجه علت این اتفاق شدیم. اولین دلیل آن نانوساختار هسته– پوسته است. این روشِِ مبتنی بر پلیمر ـ که به‌وسیله همکارانمان در دانشگاه مریلند توسعه داده شده‌است ـ اجازه می‌دهد تا مقادیر دقیقی از یک عنصر(در این حالت پلاتین) را روی دانه‌های ویژه روتنیوم، دقیقاً در جایی که می‌خواهید، قرار دهید.» این ترکیب و نانومعماری خیلی ویژه نسبت به پلاتین خالص، به مراتب مونواکسید کربن کمتری را روی سطح خود می‌تواند نگه دارد. ماوریکاکیس گفت: «چون پیونددهنده ضعیف‌تراست، در مقایسه با پلاتین خالص سایت‌های کمتری روی این نانوساختار پوسته– هسته برای پیوند با مونواکسیدکربن موجود است؛ بنابراین سایت‌های خالی بیشتری برای ورود و واکنش دادن اکسیژن موجود است.» |
|
|
|
نمایش گرافیکی این نانوذرات مونوفلزی به‌هم متصل شده، هسته- پوسته، و آلیاژی. |
| او ادامه داد:« دومین دلیل آن وجود یک سازوکار واکنش کاملاً جدید است که این کار را به‌خوبی انجام می‌دهد. ما این سازوکار را اکسیداسیون مونواکسیدکربن با کمک هیدروژن، می‌نامیم. در این سازوکار از هیدروژن اتمی برای جذب اکسیژن مولکولی استفاده میشود و یک ماده واسط هیدروپروکسی ایجاد میشود که به‌آسانی می‌تواند اکسیژن اتمی را تولید کند، سپس اکسیژن اتمی به‌صورت انتخابی CO را برای تولید CO2 جذب کرده، در نتیجه نسبت به پلاتین خالص، هیدروژن مولکولی بیشتری به‌عنوان خوراک وارد پیل سوختی میشود.» به گفته این محققان، این تحول برای توسعه فناوری پیل سوختی مهم است و اهمیت آن حتی برای کاتالیست‌ها به‌طور کلی، بیشتر است. این محققان در درازمدت امید به ساخت الکتروکاتالیست‌هایی دارند که جایگزین مواد کاتد و آند در پیل‌های سوختی خواهند شد. بریان ایکهورن از دانشگاه مریلند و یکی دیگر از این محققان، گفت:« ترکیب روش‌های نانوسنتز دقیق با نظریه الکترونیکی حالت هنری، دری به روی پیش‌بینی و تولید مواد جدیدی باز می‌کند که برای تعدادی از فرایندهای شیمیایی، کاتالیست‌های خیلی بهتر هستند.» هرچند نانوذرات هسته– پوسته در کاتالیست‌ها جدید نیستند؛ اما سنتز این کاتالیست‌ها براساس محاسبات و آزمایش‌ها کنترل شده‌است. این کار نشان می‌دهد که از اصول خیلی اساسی برای سطوح توسعه‌یافته مدلی در علم سطوح می‌توان برای مواد جهان واقعی؛ از قبیل نانوکاتالیست‌ها استفاده کرد و فاصله بین علم سطوح و کاتالیز را پل زد. این محققان نتایج خود را مجله Nature Materials منتشر کرده‌اند. |
