مشاهده کاتالیست‌های نانومقیاس در حین انجام واکنش، می‌تواند به ارتقای فناوری‌های کنترل آلودگی و پیل‌سوختی منجر گردد. دانشمندانی از آزمایشگاه ملی لاورنس برکلی وابسته به گروه انرژی ایالات متحده، کاتالیست‌هایی را مشاهده کردند که خود را در پاسخ به گردش گازهای مختلف در حول آنها، بازسازی و همانند یک آفتابگرد، رنگ خود را برای تطابق با محیط عوض می‌کنند.
ارتقای فناوری‌های کنترل آلودگی و پیل‌سوختی
مشاهده کاتالیست‌های نانومقیاس در حین انجام واکنش، می‌تواند به ارتقای فناوری‌های کنترل آلودگی و پیل‌سوختی منجر گردد. دانشمندانی از آزمایشگاه ملی لاورنس برکلی وابسته به گروه انرژی ایالات متحده، کاتالیست‌هایی را مشاهده کردند که خود را در پاسخ به گردش گازهای مختلف در حول آنها، بازسازی و همانند یک آفتابگرد، رنگ خود را برای تطابق با محیط عوض می‌کنند.
با بهره‌گیری از یک سیستم طیف‌نمایی مدرن در چشمه نوری پیشرفته آزمایشگاه مذکور، این گروه برای نخستین بار مشاهده کردند که نانوذراتِ تشکیل‌یافته از دو فلز کاتالیستی، ترکیب خود را در حضور واکنش‌کننده‌های مختلف تغییر می‌دهند. تاکنون دانشمندان مجبور بودند به عکس‌هایی که قبل و بعد از یک واکنش، از کاتالیست‌های نانومقیاس گرفته می‌شد، اعتماد کنند و این کار در حین انجام واکنش غیر ممکن بود؛ در حالی که مهم‌ترین بخش چنین بررسی‌ای، مشاهده نحوه تغییر شکل یک کاتالیست در حین انجام یک واکنش است.
بنا به اظهارات میگوئل سالمرون و گابور سومورجای از آزمایشگاه لاورنس برکلی ـ که این تحقیق را انجام داده‌اند ـ پنجره جدیدی که اخیراً به‌سوی شیمی نانومقیاس باز شده‌است، می‌تواند به ساخت کاتالیست‌های کارامدتر، داشتن آسمانی پاک‌تر و اتلاف صنعتی پایین‌تر منجر گردد. به این شکل می‌توان کاتالیست‌هایی ساخت که در زندگی روزمره همانند واکنش‌های جداکننده آلاینده‌های سمی استفاده شوند، پیل‌های سوختی هیدروژنی را تغذیه کرده، یا روش‌های تصفیه سوخت را پی‌ریزی کنند. همچنین می‌توان به روند ساخت کاتالیست‌هایی که تمام فراورده‌های واکنش به جز محصول مورد نیاز را نابود می‌کنند(شیمی سبز) سرعت بخشید.
سالمرون در این باره گفت:«به‌وسیله این تحقیق، ما می‌توانیم برای نخستین بار ببینیم که در حین واکنش( نه قبل و بعد از آن) کاتالیست چه روندی را طی می‌کند.» در این راه، سومورجای با استفاده از روش‌های موجود در آزمایشگاهش، ذرات نانومقیاسی ساخت که برخی از آنها، از رودیوم و پالادیوم، و سایر ذرات از پلاتین و پالادیوم ساخته شده بودند. سپس این محققان، به‌منظور تشخیص نحوه تغییرات این کاتالیست‌های دوفلزه در حضور واکنش‌کننده‌ها، به سراغ یکی از چند دستگاه طیف‌سنجی پیشرفته موجود در دنیا رفتند. این دستگاه پیشرفته، به دانشمندان امکان می‌دهد تا رخدادهای کاتالیستی و زیستی را در محیط طبیعی آنها ـ که غالباً دارای فشارهای معمولی و شامل مواد شیمیایی مختلف است ـ مطالعه کنند. این ابزار را که سالمرون و همکارانش ساخته‌اند، در چشمه نوری پیشرفته آزمایشگاه لاورنس برکلی قرار دارد. این محققان نانوذرات دوفلزه را در معرض گازهای مختلفی چون اکسید نیتروژن، مونوکسید کربن و هیدروژن قرار داده و با استفاده از این سیستم، توانسته‌اند نانوذراتِ دوفلزه را در حین بازسازی خود مشاهده کنند. در حضور برخی از واکنش‌کننده‌ها، رودیوم به روی سطحِ یک ذره آمده و در حضور سایر واکنش‌کننده‌ها، پالادیوم به روی سطح می‌آمد.
سومورجای در این باره گفت:«ما مشاهده کردیم که متناسب با نوع گاز، فلزات مختلفی بر روی سطح یک کاتالیست قرار می‌گیرند. سطح یک کاتالیست، بخشی از آن است که واکنش‌های شیمیای را راه‌اندازی می‌کند و به همین دلیل، تمام تفاوت‌هایی که در رفتار شیمیایی کاتالیست مذکور وجود دارد، از این پدیده نشأت می‌گیرد.» به کمک این اطلاعات، دانشمندان قادر به ساخت کاتالیست‌های نانوذره‌ای و واکنش‌کننده‌هایی خواهند بود که برای تولید مواد مختلفی مانند بنزین، و یا پاک‌سازی آلاینده‌ها، بیشترین بازده را دارا باشند.
سومورجای و سالمرون قصد دارند تا در گام بعدی، نحوه تغییر شکل کاتالیست‌ها را در هنگام یک واکنش مشاهده کنند. شناسایی این تغییرات، اهمیتی معادل با اطلاعات حاصله در این تحقیق(یعنی تشخیص تغییر در ترکیب کاتالیست) دارد. سومورجای افزود:«با مشاهده تغییر کاتالیست‌ها در دنیای واقعی، ما می‌توانیم کاتالیست‌های هوشمندی طراحی کنیم که به بهترین شکل، در هنگام انجام یک واکنش تغییر کنند».
نتایج این تحقیق در نشریه Science Express به چاپ رسیده‌است.
