محققان کرنل یک روش میکروسکوپی ابتکاری را توسعه داده اند که از آن برای مشاهد&#۱۷۲۸ رفتار نانوذرات منفردِ یک کاتالیست، با قدرت تفکیکپذیری رویدادهای کاتالیستی منفرد استفاده می شود. مشاهدههای آنها نشان میدهند که همه نانوذرات یک کاتالیست عملکرد یکسانی ندارند و بعضی از آنها واکنشهای خود را در راههای متفاوت از دیگران انجام میدهند. این محققان همچنین بهطور مستقیم مشاهده کردهاند که هر نانوذره سرعت واکنش کاتالیستی خود را با زمان تغییر میدهد و آنها این مقیاس زمانی را اندازهگیری کردهاند.
مشاهده عملکرد نانوکاتالیستهای نانومقیاس
محققان کرنل یک روش میکروسکوپی ابتکاری را توسعه داده اند که از آن برای مشاهدۀ
رفتار نانوذرات منفردِ یک کاتالیست، با قدرت تفکیکپذیری رویدادهای کاتالیستی
منفرد استفاده می شود. مشاهدههای آنها نشان میدهند که همه نانوذرات یک کاتالیست
عملکرد یکسانی ندارند و بعضی از آنها واکنشهای خود را در راههای متفاوت از دیگران
انجام میدهند. این محققان همچنین بهطور مستقیم مشاهده کردهاند که هر نانوذره
سرعت واکنش کاتالیستی خود را با زمان تغییر میدهد و آنها این مقیاس زمانی را
اندازهگیری کردهاند.
این مشاهدهها در نانوکاتالیستها برای کاربردهایی از قبیل پیلهای سوختی و حذف
آلایندهها بسیار جالب هستند. پنگچن، یکی از این محققان گفت: “درک اصول اساسی
حاکم بر فعالیت کاتالیستی میتواند ما را در طراحی کاتالیستهای هوشمندی که
میتواند خود را با شرایط مختلف وفق دهد، کمک کند.
این محققان نانوذرات کروی طلا با قطر حدود ۶ نانومتر را روی یک سطح شیشهای
تثبیت کردهاند و محلولی از یک رنگدانه را روی آنها جاری ساختهاند. آنها
مشاهده کردند که این نانوکاتالیست طلا مولکولهای رنگدانه را به شکل فلورسانتی
جدیدی تغییر میدهد. این محققان با استفاده از یک میکروسکوپ که روی یک سطح خیلی
نازک متمرکز میشود، با هر ۳۰ میلیثانیه یک فریم، فیلمی ساختند.
هر مولکول رنگدانه جایی که یک اتم اکسیژن حذف میشود، با سطح طلا پیوند ضعیفی
ایجاد میکند. این مولکول جدید شفاف(فلورسانس)میشود و نور درخشندهای در تصویر
میکروسکوپی نمایان میشود که تا رها شدن این مولکول از سطح کاتالیست باقی
میماند. این محققان موفق شدند تا این نورهای درخشنده را از نانوذرات منفرد از
یکدیگر مجزا و رویدادهای کاتالیستی منفرد را شناسایی کنند.
آنها دو الگوی واکنشی نسبتاً متفاوت مشاهده کردند: روی بعضی از نانوذرات این
مولکول، رنگدانه پس از پیوند با سطح پیوندداده، تغییر کرده، رها میشود؛ روی
بعضی از آنها، این مولکول بعد از تغییر، به مکان جدیدی حرکت کرده و رها میشود؛
و روی بعضی دیگر هر دو نوع واکنش اتفاق میافتد. چن توضیح داد: “این نانوذرات
کاملاً کروی نیستند و قسمتهای متفاوت نانوبلور طلا در مکانهای مختلف روی سطح،
در معرض واکنشدهندهها قرار دارند که ممکن است دلیل این الگوهای واکنشی متفاوت
باشد.”
زمان واکنشها در یک سایت نیز تغییر میکند. زمانی که یک مولکول فلورسانت در یک
سایت باقی میماند ممکن است کوتاه باشد، سپس طولانیتر شود و دوباره کوتاه شود
به گفته این محققان دلیل این پدیده شاید این باشد که این واکنشها سبب نوسازی
سطح نانوبلور طلا نیز میشوند که این امر باعث میشود واکنشهای بعدی سریعتر
یا آهستهتر اتفاق بیفتند. سپس سطح این نانوبلور طلا ساختار اولیه خود را
بازیافته، این واکنش نیز در زمان اولیه و اصلی خود اتفاق میافتد.
این محققان گفتند: “برای اولین بار است که توانستهایم مقیاس زمانی این نوسازی
(دهها تا صدها ثانیه) را بهدست آوریم.
نتایج این تحقیقات در مجلهNature منتشر شدهاست.
