محققان در دانشگاه کمبریج انگلیس کشف کردهاند که فعالیت کاتالیستی خوشههای طلا هنگامی کهاندازهشان دو نانومتر یا کوچکتر شود، بسیار زیاد میشود. آنها دریافتهاند که این اثر بهدلیل تغییر در ساختار الکترونیکی نانوذرات طلا رخ میدهد. فعالیت بالای این نانوذرات میتواند کاربردهای گستردهای در صنعت داشته باشد.
چگونگی فعالیت کاتالیستی بسیار بالای نانوذرات طلا
محققان در دانشگاه کمبریج انگلیس کشف کردهاند که فعالیت کاتالیستی خوشههای طلا
هنگامی کهاندازهشان دو نانومتر یا کوچکتر شود، بسیار زیاد میشود. آنها دریافتهاند
که این اثر بهدلیل تغییر در ساختار الکترونیکی نانوذرات طلا رخ میدهد. فعالیت
بالای این نانوذرات میتواند کاربردهای گستردهای در صنعت داشته باشد.
نانوطلا با شکل تودهای خود بسیار متفاوت است؛ نانوطلا یک کاتالیست عالی است و شکل
تودهای آن بسیار بیاثر است. نانوطلا برای کاتالیز اپوکسیداسیون آلکن(یک فرایند
مهم صنعتی که در آن اتم اکسیژن وارد پیوند دوگانه کربنـکربن آلکن میشود) خیلی
مناسب است؛ البته در این میان این مشکل وجود دارد که چنین کاتالیزی نیازمند اکسیژنی
است که به شکل فعالشدهای تحریک شده باشد(برای مثال بهعنوان یک پراکسید یا همخوراک
با گاز هیدروژن).
اکنون مارک ترنر و همکارانش نشان دادهاند که اگر این ذرات به اندازه کافی کوچک
ساخته شوند(در حدود ۴/۱ نانومتر)، میتوانند فرایند اپوکسیداسیون را با استفاده از
اکسیژن مولکولی بهتنهایی انجام دهند. ترنر گفت:«علاوه بر کاربردهای صنعتی و محیطی
این یافته، این نتایج از نظر بنیادی و اصولی جالب هستند.»
این محققان نتایج خود را با تولید خوشههای ۵۵ اتمی از طلا و تثبیت آنها روی پایههای
بیاثر به دست آوردند. آنها از این ذرات طلای تثبیتشده روی پایههای بیاثر، بهعنوان
کاتالیست برای اپوکسیداسیون آلکن در یک راکتور فاز مایع ساده استفاده کردند. خوراک
این راکتور فقط اکسیژن مولکولی بود.
برای تصویربرداری مستقیم از این خوشههای طلا، از میکروسکوپ الکترونی عبوری با قدرت
تفکیک بالا استفاده کردند. این تصویربرداری به آنها اجازه میداد که اندازه بسیاری
از نانوذرات را محاسبه کنند، همچنین نشاندهنده طیفبینی فتوالکترونی اشعه X با
قدرت تفکیک بالا بود؛ به این معنا که چگونه اندازه ذرات کوچک مستقیماً خواص
الکترونی طلا را تحت تأثیر قرار میدهد.
بنابراین چه چیزی در مورد این ذرات خیلی ریز طلا ویژه است؟ ترنر توضیح داد:«ما برای
جواب دادن به این سؤال کار خود را شروع کردهایم و قصد داریم تا با استفاده از طیف
بینی فتوالکترونی اشعه X با قدرت تفکیک بالا نشان دهیم که در این محدوده اندازههای
ریز، ساختار الکترونی طلا آشفته میشود. این آشفتگی در نتیجه اثرات محدودیت
کوانتومی است که در خوشههای فلزی بینهایت ریز اتفاق میافتد، همچنین این نانوذرات
طلای کوچک حاوی تعدادی اتم طلا در سایتهای گوشهها(corner) و لبهها(edge) است.
این سایتها محیطهایی با کئوردیناس پایین است که برای کاتالیز کردن مناسب میباشند.
این محققان نتایج خود در مجله Nature منتشر کردهاند.
