اولین نانوذرات فلزی پایدار در دمای بالا

محققان دانشگاه پیترزبورگ توانسته‌اند بر یکی از مشکلات اصلی مربوط به توسعه نانوذرات غلبه کنند. حل این مشکل نانوذرات، می‌تواند منجر به کاتالیست‌های موثرتری برای تولید هیدروژن و کاهش گازهای سمی خروجی از اگزوز ماشین‌ها، شود.

محققان دانشگاه پیترزبورگ توانسته‌اند بر یکی از مشکلات اصلی مربوط به توسعه
نانوذرات غلبه کنند. حل این مشکل نانوذرات، می‌تواند منجر به کاتالیست‌های موثرتری
برای تولید هیدروژن و کاهش گازهای سمی خروجی از اگزوز ماشین‌ها، شود. این محققان
برای اولین بار چگونگی پایداری دما بالای نانوذرات فلزی را شرح داده‌اند.

گوتز وسر و آنمین کاو، نانوذرات آلیاژ فلزی ساخته‌اند که اندازه‌ای حدود ۴‌ نانومتر
دارند و تا دماهای بیش از ۸۵۰ درجه سلسیوس پایدار هستند. این دما حداقل ۲۵۰ درجه
سلسیوس بیش از حداکثر دمای پایداری نانوذرات فلزی معمولی است.

نانوکاتالیست‌های فلزی که قطری کمتر از ۵ نانومتر دارند، سطح ویژه‌ی بسیار بالایی
دارند؛ بنابراین کارآیی آنها نیز بسیار زیاد است. ولی در دمای حدود ۶۰۰ درجه سلسیوس،
که کمتر از دماهای معمول واکنش برای بسیاری از فرآیندهای کاتالیستی است، این
نانوذرات فلزی کاتالیستی بهم می‌چسبند و ذرات بزرگتری تشکیل می‌دهند. مهمترین روشی
که تاکنون برای پایدار کردن این فلزات استفاده شده است، روکش‌دهی آنها با
نانوساختارهای مقاوم در برابر گرما می‌باشد؛ اما این روش در بهترین حالت فقط می‌تواند
نانوذراتی در محدوده‌ی ۱۰ تا ۱۵ نانومتر تولید کند.

این محققان پلاتین و رودیوم که نقطه‌ی ذوب بالایی دارد، را با هم مخلوط کردند. آنها
این آلیاژ را با واکنش احتراق متان آزمایش کردند و متوجه شدند که این کامپوزیت نه
‌تنها یک کاتالیست بسیار کارآمد است؛ بلکه این ذرات حتی هنگام رسیدن دما به ۸۵۰
درجه سلسیوس، اندازه متوسط ۳/۴ نانومتر را حفظ می‌کنند.

این محققان متوجه شدند که این کامپوزیت هنگامی که دما افزایش می‌یابد مقداری از
پلاتین را که دمای ذوب کمتری دارد، از خود خارج کرده و خود را بعنوان یک کاتالیست
غنی از رودیوم تا اتمام واکنش بازسازی می‌کنند. در واقع در دمای حدود ۷۰۰ درجه
سلسیوس این آلیاژ شروع به ذوب‌شدن میکند. با افزایش بیشتر دما پلاتین از این ذرات
آلیاژی خارج شده و ذرات بزرگتری تشکیل می‌دهد، و در نهایت ذرات آلیاژی بادوام‌تری
باقی می‌ماند.

نتایج این تحقیق در مجله‌یNature Materials منتشر شده‌است.