ساخت نوعي كاتاليزور جديد

دانشمندان پرده از راز ديگري در دنياي نانو برداشتند كه نويد بخش روش‌هاي توليد تميزتر مي‌باشد. اين گروه از محققان موفق به تعيين ساختار نوعي نانوذره طلا- پالاديم شدند، که بخش فعال كاتاليزور جديدي است كه ضمن بي‌ضرر بودن براي محيط زيست، موجب تسريع اكسيداسيون الكل‌هاي اوليه و تبديل آن به آلدئيدها مي‌شود.

اكسيداسيون الكل‌هاي نوع اول و تبديل آنها به آلدئيد در صنايع شيميايي، داروسازي و عطرسازي از اهميتي اساسي برخوردار است. اكسيداسيون الكل‌هاي آروماتيک نوع اول مانند وانيليل، سيناميل الكل در توليد عطر و طعم دهنده‌ها از اهميت ويژه‌اي برخوردار است، به طوري كه تقريباً 95 درصد وانيل مصرفي جهان به صورت مصنوعي توليد مي‌شود. همچنين بنزالدئيد هم يكي ديگر از عوامل واسطه كليدي است كه در توليد بسياري از محصولات شيميايي ظريف، كودهاي شيميايي و صنايع داروئي اهميت دارد.

قبل از اين، چنين واكنش‌هاي اكسيداسيوني را هميشه با استفاده از پرمنگنات و يا كرومات انجام مي‌دادند، كه موادي گرانقيمت و شديداً سمي هستند. اما با اين روش جديد كاتاليزوري يعني استفاده از نانوذرات طلا-پالاديم كه روي سطحي از اكسيدتيتانيوم پخش مي‌شوند، واكنش‌هاي اكسيداسيون با استفاده از اكسيژن و بدون نياز به حلال انجام مي‌شود.

در حال حاضر براي بررسي نمونه‌هايي از اين كاتاليزور، از نوعي ميكروسكوپ پيمايش الکتروني عبوري VG HB 603 با تصحيح انحراف استفاده مي‌شود، که به کمک آن مي‌توان داده‌هاي مربوط به پراكندگي انرژي پرتو X هر كدام از ذرات را گردآوري کرد.

اين دستگاه نوعي STEM منحصر به فرد با انحراف تصحيح شده است كه داراي كاوشگر الكتروني كوچك و در عين حال قوي مي‌باشد. علاوه بر اين از كارايي بسيار بالايي براي جمع‌آوري پرتوهاي x توليد شده برخوردار است.

دستيابي به اطلاعات شيميايي مربوط به ذرات ريز طلا- پالاديم دشوار است، زيرا سيگنال حاصل از پرتو x تابيده به اين ذرات بسيار ضعيف‌تر از سيگنال اتم طلا است. ضمن آن كه سيگنال‌هايي هم مربوط به سطح تيتانيوم زيرين وجود دارد و در شرايط عادي سيگنال پالاديم در بين اين نويزها گم مي‌شود.

به منظور رفع اين مشكل،‌ محققان نرم‌افزاري را بر اساس تحليل‌هاي چندگانه و مختلف آماري و تركيب آن با روش تصويربرداري طيفي تهيه نمودند. كه ضمن پيمايش يك عنصر خاص، تمامي سيگنال‌هاي توليد شده در محيط را با هم مقايسه كرده و به طور خودكار، ويژگي‌هاي موجود در مجموعه داده‌هاي يك سيگنال خاص (در اينجا به طور ويژه سيگنال پرتو x پالاديم) را تعيين مي‌نمايد. اين روش باعث كاهش قابل توجه نويزهاي تصادفي سيگنال و زمينه گرديد. اگر چه روش‌هاي مشابه ديگري هم قبلاً به كار رفته بود اما اين روش، زمان چند ساعته انجام تحليل داده‌ها را به چند دقيقه كاهش داد.

طيف‌هاي اوليه به دست آمده از هر كدام از نانوذرات نشان داد كه محدوده فضايي كه سيگنال‌هاي پالاديم از آن ناشي مي‌شود كمي بزرگتر از محدوده متناظر در سيگنال‌هاي طلا مي‌باشد. دانشمندان با توجه به آن چنين نتيجه گرفتند كه اين نانوذرات بايد داراي ساختار پوسته- هسته[2] باشند به طوري كه پوسته پالاديم، هسته‌اي از جنس طلا را احاطه كرده باشد. علاوه بر اين معلوم شد، اگر چه پوسته خارجي اين نانوذره از جنس پالاديم است اما عملكرد آن با كاتاليزور مشابهي كه فقط از پالاديم تشكيل شده باشد به طور قابل توجهي تفاوت مي‌كند. از اين رو به نظر مي‌رسد طلا در واقع نقش تسريع‌كننده الكترون را براي پالاديم داشته باشد كه اين خود موجب افزايش خواص كاتاليزور پالاديم- طلا مي‌شود.

به عقيده دانشمندان، مقايسه تطبيقي عملكرد كاتاليزور با داده‌هاي تركيبي و ساختاري دقيق آن مي‌تواند روشي مؤثر جهت درك واكنش‌هاي كاتاليزوري به شمار مي‌آيد. گزارش اين فعاليت‌ها در مجله Nature و با عنوان "كاتاليزورهاي قابل تنظيم طلا براي اكسيداسيون انتخابي هيدروكربن‌ها تحت شرايط ملايم" به چاپ رسيده است. 

[2] - Core-Shell


منابعhttp://www.physorg.com/printnews.php?newsid=10337