ابداع قیچی شیمیایی برای برش زدن نانوورق‌ها

برای برش زدن ساختارهای دی‌کالکوژنیدهای فلزات انتقالی به‌منظور استفاده در کاتالیست‌ها، محققان قیچی شیمیایی ابداع کردند که این ورق‌ها را به نوارهای باریک نانومقیاس تبدیل می‌کند.

یکی از بزرگترین چالش‌ها در پاک و ارزان، یافتن کاتالیزور جایگزین برای انجام واکنش تولید گاز هیدروژن است، کاتالیزوری ارزان و فراوان‌تر از پلاتین که در حال حاضر استفاده می‌شود.

پژوهشگران کره‌ای در KAIST، راهی یافتند تا با استفاده از آن نانوروبان‌های بسیار کوچک را با ماده‌ای ارزان و فراوان تولید کنند و با این کار، کارایی کاتالیزورها را به حد پلاتین برسانند.

محققان گزینه‌ای احتمالی برای تولید ارائه کردند که در آن از یک قیچی شیمیایی برای تولید ارزانتر هیدروژن استفاده می‌شود.

دی‌کالکوژنیدهای فلزات انتقالی یا TMDها در صورتی که به‌صورت نانومواد در آیند، می‌توانند به‌عنوان جایگزین کاتالیست‌ها پلاتینی استفاده شوند. در این مواد از یک فلز انتقالی و دو عنصر کالکوژن (به ویژه گوگرد، تلوریم و سلنیوم) استفاده می‌شود.

آنچه که TMDها را به‌عنوان جایگزینی برای پلاتین معرفی کرده است، فقط فراوان‌ بودن آن‌ها نیست بلکه الکترون‌های این مواد هستند که موجب بهبود عملکرد الکترودها می‌شود.

TMD یک نانوماده بوده که به‌صورت یک صفحه دو بعدی بسیار نازک به ضخامت یک اتم است. ماهیت دو بعدی این ماده موجب می‌شود تا TMD در واکنش شیمیایی تولید هیدروژن بسیار موثر عمل کند.

با این حال، تنها چهار لبه نانوورق‌های مولکول‌های TMD دارای سایت فعال برای فعالیت کاتالیستی هستند. برای افزایش نرخ واکنش شیمیایی در تولید هیدروژن، باید این نانوورق‌ها را برش زد و به‌صورت ورق‌های تقریبا یک بعدی در آورد تا لبه‌های آن‌ها افزایش یافت.

برای پاسخ به این نیاز، محققان یک جفت قیچی شیمیایی برای TMD ساختند که می‌تواند این ساختارها را به‌صورت نواری شکل در آورد.

سانگ کیم از محققان این پروژه می‌گوید: «تاکنون تنها موادی که قابلیت تولید روبان داشته‌اند، گرافن و فسفرین بوده‌اند. اما هر دوی این مواد از یک عنصر تشکیل شده‌اند و برای TMD کار سخت‌تر است.»

قیچی این گروه شامل فرآیند دو مرحله‌ای است که ابتدا یون‌های لیتیم در ساختار لایه‌ای ورق TMD قرار می‌گیرد و سپس با استفاده از امواج فراصوت، این ساختارها باز می‌شوند. به دلیل سادگی، این روش را می‌توان در مقیاس انبوه انجام داد.