روشی برای مطالعه‌ی دقیق‌تر رفتار نانوکاتالیست‌ها

پژوهشگران با اچ کردن سطح نانوذرات کاتالیستی، سطح آن‌ها را به گونه اصلاح کردند که بتوان رفتار کاتالیست‌ها را با طیف‌سنجی رامان افزایش یافته (SERS) مورد مطالعه قرار داد. این روش به دانشمندان کمک می‌کند اطلاعات دقیق‌تری از کاتالیست بدست آورند.

محققان دانشگاه کارولینای جنوبی با همکاری محققانی از دانشگاه رایس موفق به ارائه‌ی روشی شدند که با استفاده از آن می‌توان اطلاعات ارزشمندی از واکنش‌های انجام شده روی نانوکاتالیست‌های نقره بدست آورد. پیش از این تلاش‌های ناموفق زیادی برای بررسی دقیق رفتار سینتیکی این کاتالیست‌ها انجام شده بود.
هیو وانگ از محققان این پروژه می‌گوید: «برای این که نانوکاتالیست حاوی فلزات نوبل؛ نظیر طلا، پلاتین، پالادیم و نقره اثربخش‌تر باشد، ابعاد آن‌ها باید کمتر از 5 نانومتر باشد.»
با کاهش ابعاد به کمتر 5 نانومتر، رزونانس پلاسمونی اثربخشی خود را از دست می‌دهد. رزونانس پلاسمونی پدیده‌ای است که موجب افزایش سیگنال‌های الکترومغناطیسی می‌شود. از این پدیده برای ساخت دستگاه طیف‌سنجی رامان افزایش یافته (SERS) استفاده می‌شود.
وانگ می‌گوید: «برای این که بتوان از رزونانس پلاسمونی نانوذرات استتفاده کرد باید ابعاد آن‌ها در محدوده مشخصی باشند. برای فلزات نوبل این حد بالاتر از 5 نانومتر است.» این گروه تحقیقات موفق شدند بر این محدودیت فائق آیند. آن‌ها از نانوذرات مکعب مستطیل به طول 120 و عرض 50 نانومتر استفاده کردند. محققان این نانوذرات را با روش شیمیایی اچ کرده و سطوح انحناء‌داری را روی آن‌ها پدید می‌آورند. ساختار نهایی قادر است به عنوان کاتالیست در واکنش هیدروژناسیون مورد استفاده قرار گیرد. این گروه تحقیقاتی معتقداند که به دلیل اچ شدن سطح نانوذرات، اتم‌هایی در لبه‌ی نواحی اچ شده با انرژی بسیار کم تشکیل می‌شوند که قابلیت کاتالیستی بالایی دارند.
یانگ می‌افزاید: «اگر شما یک سطح صاف داشته باشید، عدد کئوردیناسیون هر اتم در سطح 8 یا 9 خواهد بود. با اچ کردن سطح، عدد کئوردیناسیون هر اتم کاهش یافته که این موضوع موجب فعالیت بیشتر اتم‌های سطح می‌شود.»
بنابراین با اچ کردن سطح شرایطی فراهم می‌شود که فعالیت کاتالیستی ذرات مشابه حالتی ‌شود که اتم‌ها کوچک‌تر از 5 نانومتر باشند. این در حالی است که کاتالیست فعالیت پلاسمونیک خود را حفظ کرده است. با تغییر شرایط اچ کردن می‌توان رفتار پلاسمونیک نانوذرات را به دلخواه تنظیم کرد. با استفاده از طیف سنجی SERS می‌توان رفتار کاتالیست را با جزئیات بالا مورد مطالعه قرار داد.