مولکول‌های آب شانس طلایی نانوکاتالیست‌ها می‌شوند

به گزارش خبرنگار فناوری خبرگزاری دانشجو، نانوکالیست‌های ساخته شده از طلا که روی اکسید فلزات پراکنده می‌شوند، نوید اکسیداسیون ترکیبات الکلی به مواد شیمیایی ارزشمند را می‌دهند. آن‌ها فعالیت‌های کاتالیست بالایی به ویژه در محلول‌‌های آبی دارند. گروه تحقیقاتی دانشگاه ورو بوخوم آلمان نقش مولکول‌های آب در تفکیک اکسیژن و واکنش‌های اکسایشی را توضیح می‌دهند.

بیشتر فرآیند‌های اکسایشی صنعتی که از عواملی مانند پراکسید‌های کلر و آلی استفاده می‌کنند معمولا محصولاتی با ضایعات زیاد یا سمی تولید می‌کنند. درمقابل استفاده از مولکول اکسیژن و تقسیم آن به اتم‌های اکسیژن مورد نیاز برای تولید محصولات خاص، یک راه حل سبزتر و جالب‌تر خواهد بود.

یک رویکرد امیدوارکننده سیستم اکسید طلا/فلز (Au/TiO۲) است که در آن اکسید فلزی تیتانیوم (TiO۲) نانوذرات طلا را تثبیت می‌کنند. این نانوکاتالیست‌ها می‌توانند اکسیداسیون مولکول هیدروژن، مونوکسیدکربن و الکل‌ها را کاتالیز کنند. یک قدم مهم ابتدایی برای همه واکنش‌ها تفکیک مولکول اکسیژن است که انرژی فعالسازی بالایی دارد.

محققان در سال ۲۰۱۸ اظهار داشتند که مولکول‌های آب بطور فعال در واکنش اکسیداسیون شرکت می‌کنند. در آزمایشی جدید همین گروه تحقیقاتی بیان کردند که حلالیت، فعالیت مولکول اکسیژن در نانوکاتالیز‌های اکسید فلز/طلا را آسان می‌کند. درواقع مولکول‌های آب به کاهش انرژی فعالسازی برای تفکیک مولکول اکسیژن کمک می‌کنند.

طبق محاسبات این حلال در مقایسه با فاز گازی ۲۵درصد هزینه انرژی را کاهش می‌دهد. محققان بوخوم از شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای برای مقایسه شرایط فاز مایع و فاز گازی استفاده کردند که شامل کاتالیز و ۸۰ مولکول آبی بود. محققان بیان کردند؛ کار‌های محاسباتی قبلی ساده‎‌سازی یا تقریب‌های قابل توجهی داشتند که پیچیدگی واقعی آب سخت به عنوان حلال را درنظر نمیگرفته است.

دانشمندان شرایط آزمایشی با دما و فشار بالا شبیه‌سازی کردند تا نمایه انرژی آزاد مولکول اکسیژن را در فاز مایع و گاز بدست آورند. درنهایت آن‌ها اثبات کردند که مولکول‌های آب باعث افزایش بارالکتریکی موضعی به سمت اکسیژن در محیط نانوکاتالیست می‌شود. این به نوبه خود باعث صرفه جویی در هزینه‌های تفکیک مولکول اکسیژن می‌شود.