تاثیر ابعاد ماده اولیه در احیاء نانوذرات نیکل

یافته‌های اخیر پژوهشگران نشان می‌دهد که ابعاد ذرات نقش بسیار مهمی در نحوه تشکیل شدن پوسته اطراف نانوذرات اکسید نیکل دارد. این فرآیند در حین احیاء نانوذرات نیکل جامد تاثیرگذار است. جو تریسی از پژوهشگران دانشگاه ایالتی نیوجرسی می‌گوید نتایج این پروژه درک ما را از ساختار نانوذرات بهبود می‌دهد ساختارهایی که در حین واکنش‌های شیمیایی تغییر کرده و محصولی ایجاد می‌کند که می‌توان از آن در تولید کاتالیست‌ها استفاده کرد.

این گروه تحقیقاتی برای تولید این ساختارها از نانوذرات نیکل آغاز کردند و آن را در دمای ۵۰۰ درجه سانتیگراد قرار دادند با این کار پوسته‌ای از جنس اکسید نیکل تشکیل می‌شود. به این فرآیند اکسیداسیون گفته می‌شود. نانوذرات کوچک، ۱۲ تا ۲۴ نانومتر، توخالی هستند بنابراین می‌توانند یک حفره برای رشد نانوذرات دیگر فراهم کنند. ذرات بزرگتر، ۴۰ تا ۹۶ نانومتر، مانند چند حفره عمل کرده به‌طوری که در آن چندین سایت برای رشد نانوذرات ایجاد می‌شود.

محققان در قدم بعد این ساختار پوسته‌ای را درون محیط حاوی گاز هیدروژن تا دمای ۳۵۰ درجه سانتیگراد می‌گذارند به این فرآیند احیاء گفته می‌شود با این کار پوسته اکسید نیکل دوباره به صورت نانوذرات نیکل در می‌آید. آنچه که محققان دریافتند این بود که اندازه پوسته اکسید نیکل روی فرآیند احیاء به شدت تاثیرگذار است. درون پوسته‌های کوچک‌ در ابعاد ۱۲ نانومتر، هسته‌ای منفرد تشکیل می‌شود این هسته بزرگتر شده و در نهایت تمام اکسید نیکل را می‌گیرد. پوسته‌های بزرگتر، ۲۴ نانومتری، رفتار متفاوتی دارند به‌طوری که چندین هسته درون آن تشکیل می‌شود، این هسته‌ها رشد کرده و با یکدیگر ادغام می‌شوند تا یک نانوذره منفرد ایجاد کنند. هسته‌های بسیار بزرگ، ۹۶ نانومتری، رفتاری کاملا متفاوت با هسته‌های کوچک‌تر دارند به‌طوری که چندین هسته‌زایی در آنها تشکیل می‌شود که در نهایت به اکسید نیکل تبدیل می‌شود.

جان مدفورد از محققان این پروژه می‌گوید ابعاد نانوذرات پیش از اکسیداسیون هم تعیین کننده ساختار نانوذرات اکسید نیکل است و هم الگوی سایت‌های هسته‌زایی فلز نیکل را در حین فرآیند احیاء مشخص می‌کند.
نتایج این پژوهش در قالب مقاله‌ای تحت عنوان Nanostructural Transformations During the Reduction of Hollow and Porous Nickel Oxide Nanoparticles در نشریه Nanoscale به چاپ رسیده است.