نانوترکیب جدید، نویددهنده کاتالیست ارزان

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 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.‏ ‎
 

‎ ‎ ‎ ‎‎