پژوهشگران دانشگاه شهید مدنی آذربایجان موفق به ساخت آزمایشگاهی نقاط کوانتومی از جنس گرافن شدند. کاربرد این نانوساختارها به عنوان کاتالیست مورد بررسی قرار گرفته است. نانوکاتالیست ساخته شده در افزایش راندمان تولید ترکیبات رنگی آزو عملکرد مناسبی داشته است.
تبریز: نمونه‌های نانوکاتالیستی از نقاط کوانتومی گرافن برای تولید ترکیبات رنگی
ترکیبات آزو در واقع رنگ‌هایی (azo dyes) با پایداری بالای مکانیکی و حرارتی هستند که به طور گسترده در صنایع رنگ و نساجی به کار گرفته می‌شوند. همچنین از این ترکیبات به دلیل ویژگی‌های منحصر به فرد ساختاری در صنعت داروسازی نیز به عنوان حامل دارویی استفاده می‌شود.
به گفته‌ی اشکان شمالی، در این کار پژوهشی از نقاط کوانتومی گرافن اصلاح شده به عنوان معرف و نانوکاتالیستی برای سنتز ترکیبات آزو استفاده شده است.
طبق نتایج حاصل، استفاده از این نانوساختار منجر به بهینه شدن روش تولید ترکیبات آزو شده است. در واقع در یک مدت زمان کوتاه و با صرف حداقل هزینه، راندمان بسیار بالاتری از فرایند تولید محصول به دست آمده است.
شمالی در ادامه به تأثیر عملکرد نانوساختارهای گرافنی بر تولید ترکیبات آزو پرداخت و افزود: «تبدیل ترکیبات آمینی به نمک‌های دیازونیوم اولین مرحله در فرایند سنتز ترکیبات آزو است. در این کار، با اصلاح نقاط کوانتومی گرافن، از آن‌ها به عنوان منبع یون نیتروزونیوم جهت این مرحله استفاده شده است. لذا نیاز به استفاده از سدیم نیتریت که یک ترکیب بسیار سمی است، از بین رفته است. علاوه بر آن با توجه به وجود گروه‌های عاملی به کار رفته در نانو ساختار کوانتومی گرافن، این نقاط نقش یک کاتالیست اسیدی را داشته و موجب حذف استفاده از اسیدهای معدنی به عنوان کاتالیست‌های عمومی شده است. استفاده از اسیدهای معدنی آسیب‌های جبران ناپذیری را به محیط زیست وارد می‌کند.»
به طور خلاصه می‌توان گفت سنتز و بررسی این نانوساختارها بر اساس اصول شیمی سبز طراحی شده و تمامی فرآیندها بر پایه‌ی صرف زمان کمتر برای رسیدن به محصولات با راندمان بالا، بدون آسیب زدن به محیط زیست صورت گرفته است.
به گفته‌ی این محقق، در روند این مطالعات پس از سنتز نقاط کوانتومی گرافن، سطح آن به کمک گروه‌های عاملی کربوکسیلیک اسید و با استفاده از فرآیندهای شیمیایی اصلاح شد. همچنین مشخصات ساختاری این نانوساختارها به کمک پراش اشعه‌ی X، میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) و اسپکتروسکوپی مادون قرمز (FT-IR) مورد بررسی قرار گفت. در نهایت ترکیبات آزو با استفاده از این نانو ساختارهای گرافنی تهیه شدند و میزان افزایش راندمان فرایند محاسبه گردید.
نتایج این تحقیقات در مجله‌ی Dyes and Pigments (جلد ۱۱۳، سال ۲۰۱۵، صفحات ۵۲۲ تا ۵۲۸) به چاپ رسیده است. دکتر حسن ولی زاده، دکتر رحیم محمد رضائی، اعضای هیأت علمی دانشگاه شهید مدنی آذربایجان، اشکان شمالی و سعیده نورشرق در انجام این مطالعات همکاری داشته‌اند.
به گفته‌ی اشکان شمالی، در این کار پژوهشی از نقاط کوانتومی گرافن اصلاح شده به عنوان معرف و نانوکاتالیستی برای سنتز ترکیبات آزو استفاده شده است.
طبق نتایج حاصل، استفاده از این نانوساختار منجر به بهینه شدن روش تولید ترکیبات آزو شده است. در واقع در یک مدت زمان کوتاه و با صرف حداقل هزینه، راندمان بسیار بالاتری از فرایند تولید محصول به دست آمده است.
شمالی در ادامه به تأثیر عملکرد نانوساختارهای گرافنی بر تولید ترکیبات آزو پرداخت و افزود: «تبدیل ترکیبات آمینی به نمک‌های دیازونیوم اولین مرحله در فرایند سنتز ترکیبات آزو است. در این کار، با اصلاح نقاط کوانتومی گرافن، از آن‌ها به عنوان منبع یون نیتروزونیوم جهت این مرحله استفاده شده است. لذا نیاز به استفاده از سدیم نیتریت که یک ترکیب بسیار سمی است، از بین رفته است. علاوه بر آن با توجه به وجود گروه‌های عاملی به کار رفته در نانو ساختار کوانتومی گرافن، این نقاط نقش یک کاتالیست اسیدی را داشته و موجب حذف استفاده از اسیدهای معدنی به عنوان کاتالیست‌های عمومی شده است. استفاده از اسیدهای معدنی آسیب‌های جبران ناپذیری را به محیط زیست وارد می‌کند.»
به طور خلاصه می‌توان گفت سنتز و بررسی این نانوساختارها بر اساس اصول شیمی سبز طراحی شده و تمامی فرآیندها بر پایه‌ی صرف زمان کمتر برای رسیدن به محصولات با راندمان بالا، بدون آسیب زدن به محیط زیست صورت گرفته است.
به گفته‌ی این محقق، در روند این مطالعات پس از سنتز نقاط کوانتومی گرافن، سطح آن به کمک گروه‌های عاملی کربوکسیلیک اسید و با استفاده از فرآیندهای شیمیایی اصلاح شد. همچنین مشخصات ساختاری این نانوساختارها به کمک پراش اشعه‌ی X، میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) و اسپکتروسکوپی مادون قرمز (FT-IR) مورد بررسی قرار گفت. در نهایت ترکیبات آزو با استفاده از این نانو ساختارهای گرافنی تهیه شدند و میزان افزایش راندمان فرایند محاسبه گردید.
نتایج این تحقیقات در مجله‌ی Dyes and Pigments (جلد ۱۱۳، سال ۲۰۱۵، صفحات ۵۲۲ تا ۵۲۸) به چاپ رسیده است. دکتر حسن ولی زاده، دکتر رحیم محمد رضائی، اعضای هیأت علمی دانشگاه شهید مدنی آذربایجان، اشکان شمالی و سعیده نورشرق در انجام این مطالعات همکاری داشته‌اند.
