دانشمندان علم مواد دانشگاه Lehigh و شیمیدان‌های کاتالیست دانشگاه Cardiff پرده از راز دیگری در دنیای نانو برداشتند که نوید بخش روش‌های تولید تمیزتر می‌باشد. این گروه از محققان به سرپرستی Christopher kiely از دانشگاه Lehigh، موفق به تعیین ساختار نوعی نانوذره طلا- پالادیم شدند، که بخش فعال کاتالیزور جدیدی است که ضمن بی‌ضرر بودن برای محیط زیست، موجب تسریع اکسیداسیون الکل‌های اولیه و تبدیل آن به آلدئیدها می‌شود.
ساخت نوعی کاتالیزور جدید
گروهی از دانشمندان علم مواد دانشگاه Lehigh و شیمیدان‌های کاتالیست دانشگاه Cardiff انگلستان موفق به تعیین ساختار نوعی نانوذره طلا- پالادیم شدند، که بخش فعال کاتالیزور جدیدی است که ضمن بی‌ضرر بودن برای محیط زیست، موجب تسریع اکسیداسیون الکل‌های اولیه و تبدیل آن به آلدئیدها می‌شود.
اکسیداسیون الکل‌های نوع اول و تبدیل آنها به آلدئید در صنایع شیمیایی، داروسازی و عطرسازی از اهمیتی اساسی برخوردار است. اکسیداسیون الکل‌های آروماتیک نوع اول مانند وانیلیل و سینامیل الکل در تولید عطر و طعم دهنده‌ها از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است، به طوری که تقریباً ۹۵ درصد وانیل مصرفی جهان به صورت مصنوعی تولید می‌شود. همچنین بنزالدئید هم یکی دیگر از عوامل واسطه کلیدی است که در تولید بسیاری از محصولات شیمیایی ظریف، کودهای شیمیایی و صنایع دارویی اهمیت دارد.
قبل از این، چنین واکنش‌های اکسیداسیونی را همیشه با استفاده از پرمنگنات و یا کرومات که موادی گرانقیمت و شدیداً سمی هستند انجام می‌دادند. اما با این روش جدید کاتالیزوری، یعنی استفاده از نانوذرات طلا-پالادیم که روی سطحی از اکسیدتیتانیوم پخش می‌شوند، واکنش‌های اکسیداسیون با استفاده از اکسیژن و بدون نیاز به حلال انجام می‌شود.
در مرحله بعد گروهی دیگر از محققان دانشگاه Cardiff انگلستان به توسعه این سیستم کاتالیزوری جدید پرداختند.
به گفته محققان این پروژه، تعیین ساختار نانوذره طلا- پالادیم به درک چگونگی کار این کاتالیزور در سطح اتمی کمک می‌کند. با این کار علاوه بر بهینه‌سازی عملکرد آن می‌توان کاتالیزورهای دیگری را هم با پایه طلا ساخت.
در حال حاضر برای بررسی نمونه‌هایی از این کاتالیزور، از نوعی میکروسکوپ پیمایش الکترونی عبوری VG HB 603 با تصحیح انحراف استفاده می‌شود، که به کمک آن می‌توان داده‌های مربوط به پراکندگی انرژی پرتو ایکس هر کدام از ذرات را گردآوری کرد. این دستگاه نوعی STEM منحصر به فرد با انحراف تصحیح شده است که دارای کاوشگر الکترونی کوچک و در عین حال قوی می‌باشد. علاوه بر این از کارایی بسیار بالایی برای جمع‌آوری پرتوهای ایکس تولید شده برخوردار است.
دستیابی به اطلاعات شیمیایی مربوط به ذرات ریز طلا- پالادیم دشوار است، زیرا سیگنال حاصل از پرتو تابیده به این ذرات بسیار ضعیف‌تر از سیگنال اتم طلا است؛ ضمن آن که سیگنال‌هایی هم مربوط به سطح تیتانیوم زیرین وجود دارد و در شرایط عادی سیگنال پالادیم در بین این نویزها گم می‌شود.
به منظور رفع این مشکل، محققان مرکز مواد پیشرفته و فناوری نانو نرم‌افزاری را بر اساس تحلیل‌های چندگانه و مختلف آماری و ترکیب آن با روش تصویربرداری طیفی تهیه نمودند که ضمن پیمایش یک عنصر خاص، تمامی سیگنال‌های تولید شده در محیط را با هم مقایسه و به طور خودکار، ویژگی‌های موجود در مجموعه داده‌های یک سیگنال خاص (در اینجا به طور ویژه سیگنال پرتو ایکس پالادیم) را تعیین می‌نماید.
این روش باعث کاهش قابل توجه نویزهای تصادفی سیگنال و زمینه گردید. اگر چه روش‌های مشابه دیگری هم قبلاً به کار رفته بود اما این روش، زمان چند ساعته انجام تحلیل داده‌ها را به چند دقیقه کاهش داد.
طیف‌های اولیه به دست آمده از هر کدام از نانوذرات نشان داد که محدوده فضایی که سیگنال‌های پالادیم از آن ناشی می‌شود کمی بزرگ‌تر از محدوده متناظر در سیگنال‌های طلا می‌باشد. دانشمندان با توجه به آن چنین نتیجه گرفتند که این نانوذرات باید دارای ساختار پوسته- هسته باشند به طوری که پوسته پالادیم، هسته‌ای از جنس طلا را احاطه کرده باشد. علاوه بر این معلوم شد که اگر چه پوسته خارجی این نانوذره از جنس پالادیم است اما عملکرد آن با کاتالیزور مشابهی که فقط از پالادیم تشکیل شده باشد به طور قابل توجهی تفاوت می‌کند. از این رو به نظر می‌رسد طلا در واقع نقش تسریع‌کننده الکترون را برای پالادیم داشته باشد که این خود موجب افزایش خواص کاتالیزور پالادیم- طلا می‌شود.
به عقیده دانشمندان، مقایسه تطبیقی عملکرد کاتالیزور با داده‌های ترکیبی و ساختاری دقیق آن می‌تواند روشی مؤثر جهت درک واکنش‌های کاتالیزوری به شمار آید. گزارش این فعالیت‌ها در مجله Nature و با عنوان کاتالیزورهای قابل تنظیم طلا برای اکسیداسیون انتخابی هیدروکربن‌ها تحت شرایط ملایم منتشر شده است.
