پژوهشگران دانشگاه شهید بهشتی موفق به ساخت کاتالیزور ناهمگن نانوذرات پالادیم تثبیت شده بر روی نانولوله‌های کربن شدند.
تولید کاتالیزور نانوذرات‌پالادیم با‌استفاده از نانولوله‌های‌کربنی
پژوهشگران دانشگاه شهید بهشتی موفق به ساخت کاتالیزور ناهمگن نانوذرات پالادیم تثبیت شده بر روی نانولوله‌های کربن شدند. این کاتالیزور بر اساس نانوذرات پالادیم محصور شده در نانولوله‌های کربنی چنددیواره عامل دار شده با دندریمر پلی‌آمیدوآمین
(PdNPs / PAMAM-نانولوله) به عنوان یک اصلاح‌کننده الکترود تولید شده است. این ماده در صنایع مختلفی از جمله صنعت کاتالیست، باتری‌ها و پیل‌های سوختی، سلول‌های خورشیدی، حسگرهای الکتروشیمیایی و استخراج فاز جامد فلزات گوناگون دارای کاربرد است.
در سال‌های اخیر استفاده از بسترها و پایدارکننده‌های مناسب در تهیه کاتالیزورها و الکتروکاتالیزورها مورد توجه بسیاری واقع شده است. کنترل اندازه و مورفولوژی، تولید نانوذرات پایدار و دارای سطح موثر زیاد از مهمترین اهداف در استفاده از بسترها و پایدارکننده‌ها هستند. در این راستا استفاده از سورفکتانت‌ها، نانولوله‌های کربنی، پلیمرها و اخیراً دندریمرها به‌عنوان پایدارکننده گزارش شده است. اما به تازگی توجه ویژه‌ای به نانوذرات تثبیت شده به‌وسیله‌ی دندریمرها شده است. چرا که این ماده قادر به، به دام انداختن و تشکیل نانوذرات فلزی پایدار با اندازه‌های بسیار کوچک (nm 3-1) است. از سوی دیگر، استفاده از بسترهای جامد برای تثبیت نانوذرات مزایای مهمی چون دستیابی به سطح موثر بالا، پایداری بیشتر نانوذرات و امکان بازیابی آن را خواهد داشت. از این رو با توجه به خواص منحصربه‌فرد نانولوله‌های کربنی واصلاح سطح آن به‌وسیله‌ی دندریمرها، بستری بسیار مناسب برای تهیه نانوذرات فلزی با هدف کاربردهای کاتالیزوری و الکتروکاتالیزوری ایجاد خواهد نمود.
حمید احمر، دانشجوی دوره دکتری شیمی تجزیه، به سرپرستی دکتر علیرضا فخاری زواره، دکتر محمدرضا نبید و سایر همکارانشان از دانشگاه شهید بهشتی، کاتالیزور نانوذرات پالادیم تثبیت شده بر روی نانولوله‌های کربنی عاملدار شده با دندریمر پلی‌آمیدوآمین را تولید کردند. این امر با توجه به خواص منحصربه‌فرد نانولوله‌های کربن نظیر پایداری شیمیایی بالا، هدایت الکتریکی بسیار خوب و سطح موثر بالا به عنوان گزینه‌ی مناسب در تهیه الکتروکاتالیزورهای ناهمگن، صورت گرفته است.
احمر در رابطه با مراحل انجام پروژه ابراز داشت: «ابتدا، نانولوله‌های کربنی چنددیواره کربوکسیله شده از طریق واکنش استری شدن با پروپارژیل الکل و متعاقباً واکنش کلیک با ۳-آزیدوپروپیل آمین به‌وسیله‌ی گروه‌های NH2 عاملدار گردید. سپس دندریمر پلی‌آمیدوآمین در سطح نانولوله‌های کربنی چنددیواره عاملدار شده با گروه NH2 از طریق روش واگرا (divergent method) که توالی دو واکنش آمیدی شدن با متیل آکریلات و واکنش مایکل با اتیلن دی‌آمین است، رشد داده شد. در مرحله دوم یون‌های فلزی در حفرات دندریمر قرار گرفتند و در مرحله پایانی یون‌های به دام افتاده به‌صورت شیمیایی احیا شدند تا نانوذرات پالادیم در سطح بستر PdNPs/PAMAM–MWCNTs تولید گردند. در ادامه بررسی جامعی بر روی رفتار الکتروشیمیایی این نانوکامپوزیت صورت گرفته و همچنین خواص کاتالیزوری نانوکامپوزیت در اکسایش الکتروشیمیایی اگزالیک اسید مورد مطالعه قرار گرفت.»
در این پژوهش، نانوذرات پالادیم تثبیت شده بر روی نانولوله‌های کربنی چنددیواره عاملدار شده با دندریمر پلی‌آمیدوآمین تولید شده و کارایی کاتالیزوری و الکتروکاتالیزوری آن مورد بررسی قرار گرفت.
احمر ادامه داد: «نتایج این پژوهش بیانگر این است که الکترود اصلاح شده دارای خواص ویژه‌ای از قبیل سطح موثر بالا، کاهش اورولتاژ و افزایش جریان مربوط به اکسایش اگزالیک اسید است و همچنین با استفاده از این الکترود راندمان فرایندهای کاتالیزوری و الکتروکاتالیزوری افزایش می‌یابد.»
در ادامه احمر بیان کرد: «حسگر پیشنهادی، مزایایی همچون تکرار پذیری بسیار خوب، زمان پاسخ سریع و پایداری عالی را دارد. در نهایت الکترود اصلاح شده با PdNPs/PAMAM–MWCNTs در اندازه‌گیری الکتروشیمیایی اگزالیک اسید در اسفناج به عنوان نمونه حقیقی استفاده گردید.»
این الکترود در صنایع مختلفی از جمله صنعت کاتالیست، باتری‌ها و پیل‌های سوختی، سلول‌های خورشیدی، حسگرهای الکتروشیمیایی و استخراج فاز جامد فلزات گوناگون قابل استفاده است.
این پژوهش در حال حاضر بر روی سنتز نانوکاتالیست‌های دوفلزی تثبیت شده و بررسی عملکرد کاتالیزوری و الکتروکاتالیزوری آن در حال پیگیری است.
نتایج این تحقیقات در دو مقاله جداگانه در مجله Sensors and Actuators B: Chemical (جلد ۱۷۱، ماه آگوست سال ۲۰۱۲، صفحات ۶۱۱ الی ۶۱۸) و Applied Catalysis A: General (جلد ۴۰۶، شماره ۱-۲، ۱۸ اکتبر ۲۰۱۱، صفحات ۱۲۴ الی ۱۳۲) منتشر شده است.
