روش جدید تصویربرداری از کاتالیست‌ها

محققان دانشگاه Lehigh و Rice به موفقیتی قابل توجه در زمینه‌ی کاتالیست‌ها دست
یافتند. آنها به یک روش تصویربرداری دست یافته‌اند که در آن با استفاده از
میکروسکوپ الکترونی می‌توان از کاتالیست اسیدی زیرکونات تنگستن تصویر گرفت. با توجه
به اطلاعات به دست‌آمده از این تصاویر، محققان می‌توانند فرایندهایی را طراحی کنند
که بر مبنای آن فعالیت کاتالیست‌ها تا ۱۰۰ برابر افزایش یابد.

کاتالیست‌های مایع کاربردهای وسیعی در صنعت دارد؛ اما به‌دلیل تراوش، تبخیر یا
داشتن قابلیت خورندگی برای محیط زیست مناسب نیستند؛ از این رو شرکت‌های
تولیدکننده‌ی مواد شیمیایی به دنبال جایگزین کردن کاتالیست‌های جامد هستند، زیرا
آنها تبخیر نشده، بسیار تمیزتر از کاتالیست‌های مایعند.

گروه تحقیقاتی دانشگاه Lehigh و Rice با استفاده از روش اصلاح انحراف در میکروسکوپ
الکترونی عبوری روبشی (STEM) و برخی روش‌های طیف‌سنجی مانند رامان، مادون قرمز و
فرابنفش به بررسی رفتار نانوساختارها در کاتالیست اسیدی زیرکونات تنگستن پرداختند و
توانستند از اشکال مختلف زیرکونات تنگستن همچون مونومر، زنجیره‌های پلیمرمانند و
خوشه‌های نانومتری مستقیماً تصویربرداری نمایند. مطالعات آنها روی این کاتالیست
نشان داد که بیشترین فعالیت کاتالیستی، زمانی اتفاق می‌افتد که خوشه‌هایی به قطر ۰/۸ تا ۱ نانومتر از اکسید تنگستن همراه با اتم‌های زیرکونیوم روی بستری قرار گرفته
باشند.

این گروه تحقیقاتی در گام بعد خوشه‌های نانومتری از اکسید تنگستن و زیرکونیوم را
روی بستری از زیرکونات تنگستن ـ که فعالیت کاتالیستی ضعیفی دارد ـ نشست دادند که
این کار موجب شد فعالیت کاتالیستی آن ۱۰۰ برابر افزایش یابد.

۴ سال قبل محققان دانشگاه Lehigh توانستند برای اولین بار در جهان به دو اصلاح
انحراف در دستگاه STEM دست یابند. آنها از یک روش میکروسکوپی به نام تصوی‌برداری
زمینه تاریک با زاویه‌ی حلقوی بالا (high-angle annular dark-field imaging
(HAADF)) استفاده کردند که در آن از یک پرتو الکترونی به قطر یک آنگستروم
(۰٫۱نانومتر) استفاده می‌شود. این روش به آنها کمک کرد تا تصاویری واضح از ذرات
اکسید تنگستن واقع بر یک بستر به دست آورند. آنها در کار جدیدشان دو روش HAADF و
STEM اصلاح شده را با هم ترکیب کرده و برای اولین بار توانستند به‌طور مستقیم از
انواع مختلف کاتالیست‌ها تصویربرداری کنند. این روش جدید دانشمندان را قادر می‌سازد
تا ابعاد ذرات کاتالیستی از جمله مونومر، دیمر، تریمر و خوشه‌های بزرگتر اکسید
تنگستن را مشاهده کنند.

اطلاعات حاصل از این روش به همراه اطلاعات طیف‌سنجی رامان، مادون قرمز و فرابنفش
می‌تواند محققان را در ساخت کاتالیست‌های بهتر یاری کند. علاوه بر این ترکیب
روش‌های میکروسکوپی و طیف‌سنجی دانشمندان را در امر ساخت سایت‌های کاتالیستی فعال
قادر می‌سازد و آنها روی کاتالیست‌هایی با فعالیت پایین نشست دهند.