گامی در مسیر توسعه نانوکاتالیست‌های مبتنی بر زئولیت

به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، میشال مازور و همکارانش از دانشگاه چارلز روی کاتالیزور‌هایی تحقیق می‌کنند که مبتنی بر نانوذرات فلزی تثبیت شده روی سطح زئولیت‌ها هستند. به تازگی آن‌ها نوع جدیدی از کاتالیزور زئولیتی را تهیه کرده‌اند. نتایج کار آن‌ها در مجله Angewandte Chemie منتشر شده است.

بسیاری از فرآیند‌های شیمیایی، مانند اکسیداسیون، هیدروژناسیون و واکنش‌های اصلاح‌کننده نیاز به استفاده از کاتالیزور‌های ناهمگن مبتنی بر فلزات دارند. قیمت برخی از این فلزات، مانند رودیوم یا پلاتین، زیاد است. بنابراین، کارآیی استفاده آن‌ها یک عامل اصلی برای استفاده صنعتی است. یکی از راه‌حل‌های ممکن تهیه آن‌ها به صورت نانوذرات است که امکان قرار گرفتن در معرض ترکیبات و استفاده مؤثر از بخش بیشتری از اتم‌های فلزی را فراهم می‌کند.

بهتر است یک کاتالیزور با مقادیر زیادی نانوذرات کوچک و توزیع شده باشند تا این که یک قطعه بزرگ فلزی را به‌عنوان کاتالیست استفاده نمایید. در کاتالیست‌های توده‌ای فقط سطح فعال است و اتم‌های داخلی برای واکنش‌دهنده‌ها در دسترس نیستند. با توجه به این واقعیت، بسیاری از محققان به تثبیت نانوذرات فلزی کوچک روی سطح می‌پردازند. یکی از زیرلایه‌های مهم و رایج زئولیت است. آن‌ها چندین ویژگی مناسب برای محصور کردن فلز دارند، چارچوب سفت و سخت، پایداری فیزیکی و شیمیایی، مساحت سطحی بالا، کانال‌های میکرو مقیاس و سایت‌های اسیدی قابل تنظیم از جمله ویژگی‌های جالب زئولیت‌ها هستند. به طور کلی، آن‌ها عملکرد‌های زیادی را به عنوان ماده پشتیبانی برای کاتالیزور‌های نانوذرات فلزی از خود نشان می‌دهند.

مازور از محققان این پروژه می‌گوید: «در این کار جدید، ما از زئولیت لایه‌ای و ویژگی‌های آن‌ها برای تثبیت نانوذرات رودیوم در سطح این لایه‌ها استفاده کردیم. ما دریافتیم که هندسه خاص و محل گروه‌های عاملی (سیلانول) در سطح لایه می‌تواند نانوذرات را در درجه حرارت بالا یا در قرار گرفتن در معرض شرایط سخت، مانند چرخه اکسیداسیون-احیا پایدار کند.

وی می‌افزاید: «ما نشان دادیم که ماده حاصل یک کاتالیزور هیدروژناسیون فعال با پتانسیل عظیمی است که می‌تواند نسبت به مولکول‌های حجیم انتخابی باشد. یافته‌های ما نه تنها با روش‌های آزمایشی پیشرفته، مانند میکروسکوپ الکترونی، بلکه توسط محاسبات DFT نظری تأیید شد. این یافت‌ها بینش جدیدی از طراحی کاتالیزور‌ها نشان داد و مسیر‌های جدیدی را در شیمی زئولیت باز کرد، به همین دلیل ما تحقیقات را در این زمینه ادامه خواهیم داد.»