کشف نانوخوشه‌های طلا به‌عنوان عالی‌ترین و بهترین کاتالیست‌

پژوهشگران موسسه ملی استانداردها و فناوری (NIST)، از یک زوج میکروسکوپ الکترونی عبوری پیمایشگر (STEM) که در آن خطای کروی (که موجب مات‌شدن تصویر می‌شود) تصحیح گردیده، استفاده کرده و برای اولین بار به میزان تفکیک‌پذیری بسیار پیشرفته‌ای از نانوبلورهای طلای جذب‌شده بر روی سطوح اکسیدآهن، دست یافتند. در واقع این تفکیک‌پذیری به اندازه کافی حساس بود که حتی اتم‌های منفرد نیز قابل روئیت گردند.

پژوهشگران موسسه ملی استانداردها و فناوری (NIST)، از یک زوج میکروسکوپ
الکترونی عبوری پیمایشگر (STEM) که در آن خطای کروی (که موجب مات‌شدن تصویر
می‌شود) تصحیح گردیده، استفاده کرده و برای اولین بار به میزان تفکیک‌پذیری
بسیار پیشرفته‌ای از نانوبلورهای طلای جذب‌شده بر روی سطوح اکسیدآهن، دست
یافتند. در واقع این تفکیک‌پذیری به اندازه کافی حساس بود که حتی اتم‌های منفرد
نیز قابل روئیت گردند.

برای بیشتر ما، طلا تنها زمانی ارزشمند است که قطعات بزرگی از آن را در اختیار
داشته باشیم. اما برای علاقمندان به استفاده از توانایی استثنایی طلا در
کاتالیزکردن محدوده وسیعی از واکنش‌های شیمیایی از جمله اکسیداسیون گاز خطرناک
و سمی منوکسیدکربن به گاز بی‌خطر دی‌اکسیدکربن آن هم در دمای اتاق، دیگر قانون
“هر چه بزرگتر، بهتر”‌ صادق نیست. چنانچه این فرآیند به مرحله صنعتی برسد،
قابلیت بهبود عملکرد مبدل‌های کاتالیستی که در اتومبیل‌ها برای تصفیه دود
اتومبیل و در دستگاه‌های تنفسی برای محافظت معدن‌کاران و ماموران آتش‌نشانی
بکار می رود، را خواهد داشت.

مطالعات علم سطح بیان می‌کند که یک محدوده بحرانی برای نانوذرات طلا با پایه
اکسیدآهن وجود دارد که آنرا برای اکسیداسون منوکسیدکربن بسیار فعال می‌کند.
اگرچه، این نظریه بر مبنای تحقیقاتی بنا شده که با استفاده از مدل های ایده‌آل
ساخته‌شده از طلای جذب‌شده بر روی پایه اکسید تیتانیوم انجام شده‌اند.

روش تصویربرداری STEM با خطای تصحیح شده که توسط NIST/Lehigh/Cardiff ابداع
شده‌است به پژوهشگران این امکان را می‌دهد که سیستم‌های کاتالیستی واقعی
اکسیدآهن را همانگونه که ساخته شده‌اند، بررسی کرده و تمام ساختارهای طلای
موجود در هر نمونه را شناسایی نمایند و سپس مشخص کنند که چه اندازه‌هایی از
خوشه‌ها برای تبدیل منوکسیدکربن فعال هستند.

این گروه پژوهشی ذراتی با اندازه‌های بسیار متفاوتی را بررسی کرده‌اند: از
نمونه‌های با فعالیت کاتالستی کم یا بدون فعالیت (کمتر از ۱% تبدیل
منوکسیدکربن) گرفته تا نمونه‌هایی با بازدهی نزدیک به صد درصد. نتایج آنها نشان
داد که عمده فعالیت نانوخوشه‌های طلا برای تبدیل منوکسیدکربن مربوط به دو
لایه‌هایی با قطر تقریبی ۵/۰ تا ۸/۰ نانومتر است که حاوی حدود ۱۰ اتم طلا
هستند.

نتایج این تحقیق در مجله‌ی Science منتشر شده‌است.