پژوهشگران برای مطالعه خواص کاتالیستی نانوذرات منفرد، آن‌ها را با استفاده از بازوی روباتیک و میکروسکوپ الکترونی مورد مطالعه قرار دادند.
مطالعه نانوذرات با استفاده از بازوی روباتیک و میکروسکوپ الکترونی
نانوذرات فاقد فلزات گرانبها می توانند به‌عنوان کاتالیزورهای قدرتمند در آینده، برای فرآیندهایی نظیر تولید هیدروژن استفاده شوند. برای بهینه‌سازی این کاتالیست‌ها، محققان باید بتوانند ویژگی‌های ذرات منفرد را تجزیه و تحلیل کنند. پژوهشگران مرکز الکتروشیمی در دانشگاه رور بوخوم (RUB) و موسسه شیمی معدنی در دانشگاه دویزبورگ اسن (UDE) روش جدیدی برای این کار ارائه کرده‌اند.
پژوهشگران این پروژه با استفاده از بازوی رباتیک ذرات منفرد را زیر میکروسکوپ الکترونی انتخاب کرده و برای تجزیه و تحلیل الکتروشیمیایی آن‌ها را روی یک نانوالکترود قرار دادند. نتایج این پروژه در قالب مقاله‌ای در نشریه Angewandte Chemie به چاپ رسیده است.
در این پژوهش دانشمندان از ذرات اکسید کبالت به شکل شش ضلعی با قطر ۱۸۰ تا ۳۰۰ نانومتر استفاده کردند که تیم دویسبروگ اسن متشکل از پروفسور استفان شولز و ساسکا سدلر آن‌ها را سنتز کرده است. در این آزمایش، ذرات کاتالیست، واکنش تولید اکسیژن را کاتالیز کردند. در طول الکترولیز آب، هیدروژن و اکسیژن تشکیل می‌شود، در حالی‌که مرحله محدود کننده در این فرآیند در حال حاضر واکنش جزئی است که در آن اکسیژن تشکیل می‌شود. کاتالیزورهای کارآمدتر در واکنش تولید اکسیژن، بهره‌وری تجزیه مولکول آب به‌صورت الکتروشیمیایی را تسهیل می‌کنند. قرار است کاتالیزورهای نانوذرات در این امر کمک کنند. از آنجا که فعالیت کاتالیزوری آن‌ها اغلب به اندازه یا شکل آن‌ها بستگی دارد، درک ویژگی‌های ذرات منفرد برای یافتن کاتالیزورهای بهینه مهم است.
توماس کوست، هرشیتا باریک آیاپا، پاتریک وایلد، دکتر ین تینگ چن و ولفگانگ شومان ابتدا ذرات منتخب اکسید کبالت را به‌صورت میکروسکوپی و سپس الکتروشیمیایی تجزیه و تحلیل کردند.
شومان می‌گوید: «با استفاده از یک بازوی رباتیک متحرک، ما می‌توانیم نانوذرات منفرد را در زیر میکروسکوپ الکترونی انتخاب کنیم. ذره انتخاب شده را روی یک الکترود کوچک قرار می‌دهیم تا مورد آزمایش قرار گیرد که می‌تواند به‌عنوان کاتالیزور استفاده شود یا نه.»
محققان سپس از روش‌های الکتروشیمیایی برای اندازه‌گیری فعالیت کاتالیزوری آن برای واکنش تولید اکسیژن استفاده می‌کنند.
با این روش شیمیدانان چندین ذره منفرد را تجزیه و تحلیل کردند. از آنجا که آن‌ها اندازه و جهت بلوری یک ذره را می‌دانستند، توانستند فعالیت کاتالیزوری را با تعداد اتم‌های کبالت مرتبط کنند.
