محققان دانشگاه استانفورد یک ترکیب نانولوله کربنی چندجداره حاوی گرافن ساخته‌اند که می‌تواند بواسطه خواص کاتالیستی‌اش جایگزین کاتالیست‌های پلاتینی گران‌قیمت شده و در نتیجه هزینه پیل‌های سوختی، مبدل‌های کاتالیستی و فناوری‌های مشابه مرتبط با انرژی را کاهش دهد.
نانوترکیب جدید، نویددهنده کاتالیست ارزان
|
نانوترکیب کربنی جدید ساخته شده به‌وسیله‌ی محققان دانشگاه استانفورد، را می‌توان بواسطه خواص کاتالیستی‌اش جایگزین کاتالیست‌های پلاتینی گران قیمت کرده و در نتیجه هزینه پیل‌های سوختی، مبدل‌های کاتالیستی و فناوری‌های مشابه مرتبط با انرژی را کاهش داد. این گروه تحقیقاتی به رهبری هونگجی دای یک ترکیب نانولوله کربنی چندجداره حاوی گرافن ساخته است.
پلاتین فلزی گران‌بها برای کاتالیز واکنش‌های شیمیایی کلیدی خواص کاتالیستی عالی دارد، اما قیمت بالای آن (هزار دلار برای یک اونس) استفاده‌اش در کاربرد‌هایی نظیر پیل‌های سوختی که متکی بر این فلز هستند، را محدود کرده است. برای پیدا کردن یک جایگزین مناسب، گروهی از محققان دانشگاه استانفورد و آزمایشگاه ملی ریدج در وزارت انرژی آمریکا بر روی نانومواد کربنی (یکی از فراوان‌ترین عناصر) تمرکز کردند.
یک ترکیب نانولوله کربنی-گرافن؛ نویددهنده یک کاتالسیت ارزان که در آن ناخالصی‌های نیتروژن وآهن منجر به خواص کاتالیستی مطلوبش شده‌اند. میکروسکوپ الکترونی در آزمایشگاه ملی ریدج تایید کرد که در ساختار این ماده تعداد زیادی اتم سنگین از قبیل اتم‌های آهن (داخل دایره‌های قرمز) یکپارچه شده‌اند.
آنها کاتالیست‌هایی بر مبنای نانوترکیب‌های نانولوله کربنی-گرافن ساختند. به محض اینکه دیواره خارجی این ترکیب به طور جزئی با افزودن آمونیاک باز می‌شود، این ماده خواص کاتالیستی قابل رقابتی با پلاتین پیدا می‌کند.
اگرچه محققان تصور می‌کردند که خواص این ترکیب بواسطه نیتروژن اضافه شده و ناخالصی‌های آهن است، اما نمی‌توانستند صحت و رفتار شیمیایی این ماده را معلوم کنند، تا اینکه به‌وسیله‌ی میکروسکوپ‌های آزمایشگاه ملی ریدج تصاویری در سطح اتمی از آن گرفتند.
جوآن-کارلوس ایدروبو از آزمایشگاه ملی ریدج و یکی از محققان این پژوهش، گفت: «با کمک ترکیبی از تصویربرداری و طیف‌بینی در میکروسکوپ الکترونی عبوری پیمایشگر، هویت این عناصر قابل تشخیص می‌شود، از روی شدت نور این تصاویر نانومقیاس برای شما مشخص می‌شود که چه عنصری است. هر چه این تصاویر روشن‌تر باشد، عنصر سنگین‌تر است. بنابراین طیف‌بینی می‌تواند هویت این عنصر ویژه را مشخص کند.»
تجزیه و تحلیل میکروسکوپی آزمایشگاه ریدج تایید کرد که عناصر نیتروژن وآهن واقعا در این ساختار کربنی یکپارچه شده‌اند و این پدیده سبب مشاهده خواص کاتالیستی مشابه خواص پلاتین شده است. مرحله بعدی برای این گروه تحقیقاتی، درک رابطه بین نیتروژن و آهن است تا تعیین کند که آیا این عناصر با هم یا مستقل کار می‌کنند.
این محققان جزئیات نتایج کار تحقیقاتی خود را تحت عنوان «یک الکتروکاتالیست احیاء اکسیژن مبتنی بر ترکیب‌های نانولوله کربنی- گرافن» در مجله Nature Nanotechnology منتشر کرده‌اند. |
