|
طبق نظریه‌ی کارتارولو ـ که اخیراً در دانشگاه دوک به اثبات رسیده‌است ـ با کوچک
شدن اندازه‌ی ذرات کاتالیست، سرعت واکنش افزایش می‌یابد. اثبات این نظریه با رشد
نانولوله‌های کربنی در حضور کاتالیست‌هایی با اندازه‌های مختلف و در شرایط دمایی
متفاوت انجام شده‌است.
کاتالیست‌ها موادی هستند که انجام واکنش را تسهیل می‌کنند، تقریباً ۹۰ درصد واکنش‌های
شیمیایی که در صنعت انجام می‌شوند از کاتالیست‌ها بهره‌مند هستند. طبق اظهارات
محققان دانشگاه دوک، وقتی ماده در حالت گذار قرار دارد، در دما و اندازه‌ی ذره‌ی
مناسب، یک کاتالیست بیشترین قابلیت عملکردی را دارد. آنها دریافته‌اند که نسبت سطح
به حجم در ذرات کاتالیست بسیار مهم‌تر از آن چیزی است که پیش از این تصور می‌شد.
این یافته می‌تواند پیاندهای وسیعی را در واکنش‌های مبتنی بر کاتالیست‌ها داشته
باشد.
استفانو کارتارولو، استادیار گروه مهندسی مکانیک و مواد، می‌گوید:« ما دریافتیم که
هر قدر اندازه‌ی ذرات کوچک‌تر باشد، سرعت واکنش نسبت به حالت توده‌ای یا حالتی که
ذرات درشت باشند، افزایش می‌یابد.» کارتارولو ۳ سال قبل نظریه‌ی این پروژه را مطرح
کرد که پس از یک‌سری آزمایش پیچیده که به‌وسیله‌ی جو لیو در دانشگاه دوک انجام شد،
نتایج آن تأیید شد. کارتارولو می‌گوید:« نتایج این پروژه، حوزه‌ی جدید از تحقیقات
را ایجاد می‌کند، پیش از این حالت ترموسینتیک کاتالیست‌ها، به‌عنوان یک فاکتور مهم
درنظر گرفته نمی‌شد. نتایج این تحقیق شکل پارادوکسیال دارد، مانند این است که
بگویید یک خودرو با مصرف کمتر سوخت ( کوچک شدن ذرات)، سریع‌تر حرکت کند.»
دوره‌ی جدیدی از آزمایش‌ها با استفاده از نانولوله‌های کربنی آغاز شده و محققان
معتقدند که نتایجی که در این پروژه گرفتند، درباره‌ی نانولوله‌ها و دیگر مواد نیز
صادق باشد.
لیو با توسعه‌ی روش جدیدی توانست نظریه‌ی کارتارولو را ثابت کند. در این روش نه
تنها طول نانولوله‌ها بلکه قطر آنها نیز قابل اندازه‌گیری بود. لیو می‌گوید:«
نانولوله‌ها به‌صورت نامرتب روی یک سطح صاف رشد می‌کنند، شبیه یک بشقاب اسپاگتی،
بنابراین اندازه‌گیری هر نانولوله کاری دشوار است؛ اما ما توانستیم نانولوله‌ها را
به‌صورت ایستاده روی یک سطح رشد دهیم که با این کار می‌توان میزان رشد و طول
نانولوله‌ها را اندازه‌گیری کرد.»
با رشد نانولوله‌ها در حضور کاتالیست‌هایی با اندازه‌ی ذره و دماهای متفاوت، لیو
توانست شرایطی را که در آن نانولوله‌ها سریع‌تر رشد کرده و طولشان بلندتر می‌شود،
به دست آوردند. آنها دریافتند که در این شرایط، ذره حالت ویسکوز داشته و با کوچک‌تر
شدن، نتیجه‌ی بهتری حاصل می‌شود، دقیقاً مشابه آنچه که پیش‌بینی شده بود.
این آزمایش‌ها نظریه‌ی کارتارولو را تأیید کرد. این نظریه می‌گوید که یک دمای مشخص
اگر اندازه‌ی ذرات کاتالیست کوچک شود، بهره‌ی واکنش بیشتر از زمانی است که کاتالیست
در همان دما ولی اندازه‌ی ذرات بزرگ‌تری داشته باشد.
نتایج این تحقیق در نشریه‌ی
ACS-Nano به
چاپ رسیده‌است.
|
