سنتز نانوذرات طلا با عملکرد و پایداری بیشتر

[azarafrooz 14221]

پژوهشگران سنگاپوری به بررسی ساختارهای ترکیب شده نانوذرات طلا با نانوذرات دی اکسید تیتانیوم پرداختند. نتایج کار آنها نشان داد که پیکربندی خاصی موسوم به جانوس دارای فعالیت بیشتری است. دلیل این افزایش عملکرد توسط این گروه تحقیقاتی مورد بررسی قرار گرفت.

 

در سال‌های اخیر، به‌ویژه در 25 سال گذشته، دانشمندان طلا را به‌عنوان یک فلز کاملا نجیب و بی‌اثر قلمداد می‌کردند تا این که مشخص شد نانوذرات طلا دارای خواص کاتالیستی بسیار قوی هستند بنابراین آنها مجبور شدند تا درباره این ایده قدیمی تجدید نظر کنند. پژوهشگران به‌زودی دریافتند که نانوذرات طلا می‌توانند واکنش‌های مهم صنعتی دیگر را تسریع کنند. برای مثال نانوذرات طلا قادرند تا گاز سمی منوکسید کربن را از خروجی دستگاه‌ها جداسازی کنند. همچنان که فواید نانوذرات طلا بیشتر مشخص می‌شد مشکل تولید این نانوذرات به‌صورت پایدار با قابلیت استفاده مجدد به‌صورت چالشی برای دانشمندان باقی مانده بود. این چالش استفاده از نانوذرات طلا را محدود می‌کرد.

 

 

 

یک تیم تحقیقاتی از موسسه آاستار به رهبری مینگ یونگ هان و یونگ وی ژانگ به بررسی این موضوع پرداختند. نتایج کار آنها نشان داد که پایداری کاتالیست‌های نانوذرات طلا می‌تواند با پوشش‌دهی آنها توسط لایه‌های دی اکسید تیتانیوم، افزایش یابد. این روش جدید منجر به تولید نانوساختارهایی موسوم به جانوس می‌شود که تقریبا تمام فعالیت‌های کاتالیستی فلز طلا را داراست با این تفاوت که مشکل به‌هم چسبیدن نانوذرات و کاهش فعالیت‌های کاتالیستی در آن وجود ندارد.

 

برای تولید این نانوساختارها دو یا چند قطعه با ابعاد یکسان به هم چسبیده و ساختار جدیدی را می‌سازند. با این کار نوعی سازماندهی جدید در ساختار ایجاد شده و در نهایت مساحت سطحی فعال کاتالیست به حداکثر می‌رسد. دلیل این افزایش عملکرد در اثر جفت شدن نانوذرات برای دانشمندان مشخص بود اما جزئیات مکانیسم جفت شدن دو ذره و رسیدن به این عملکرد برای آنها شفاف نبود.

 

هان و همکارانش از یک ترکیب شلاته کننده غیرمعمول به‌نام دی‌ایزوپروپوکسید بیس(استیل‌استونات) استفاده کردند تا رشد دی اکسید تیتانیوم را روی سطح طلا با سرعت بسیار کمی انجام دهند. با افزایش کنترل شده این ماده، نانوذرات با اشکال مختلفی از جمله کره و میله تولید شد که به آنها جانوس، اسنتریک و کونسنتریک گفته شد.

 

نتایج آزمایشات دانشمندان نشان داد که فعالیت و پایداری ساختارهای جانوس نسبت به دیگر نانوذرات بیشتر است که دلیل این امر طبیعت سطح نانوذرات است. ساختارهای جانوس قادرند تا مولکول‌های 4-نیترو فنول را بسیار سریع‌تر از دو ساختار دیگر کاتالیز کنند. در این دو ساختار سطح طلا محدودتر از ساختارهای جانوس است. وجود پوشش محافظ دی اکسید تیتانیوم موجب می‌شود تا این ساختار دارای قابلیت استفاده مجدد باشد بدون این که فعالیت آن کاهش زیادی داشته باشد.