تهيه نخستين عکس‌ها از ترتيب اتم‌ها در نانوذرات پيل سوختي

اخيراً مهندساني از MIT و دو مؤسسه ديگر، گامي در جهت دستيابي به پيل‌‌هاي سوختي کارامدتر براي خودروهاي الکتريکي و ساير ابزارهاي مشابه برداشته‌اند.

کد خبر: ۱۵۸۱۹

دوشنبه - ۱۸ آذر ۱۳۸۷ / December 08, 2008

به گزارش گروه علمي و آموزشي «شبکه خبر دانشجو»، اين مهندسان براي نخستين ‌بار، از اتم‌هاي مجزايي عكسبرداري كردند که بر روي و يا در نزديک سطح گونه خاصي از نانوذرات - که وجود آنها براي ابزارهاي ذخيره‌سازي انرژي دوست‌دار محيط ضروري است - قرار دارند.

نانوذراتي که از پلاتين و کبالت ساخته مي‌شوند، برخي از واکنش‌هاي شيميايي را که در پيل‌هاي سوختي رخ مي‌دهند، کاتاليز مي‌کنند و موجب مي‌شوند که اين واکنش‌ها چهار برابر سريع‌تر از زماني که تنها از پلاتين به‌عنوان کاتاليست استفاده مي‌شود، اجرا شوند.

دليل اين پديده بدرستي مشخص نيست؛ زيرا بنا به اظهارت يانگ شاو‌هورن که استاديار در گروه مهندسي مکانيک و گروه علم و مهندسي مواد و همچنين مدير آزمايشگاه انرژي الکتروشيميايي در MIT است، اطلاعات کمي در مورد شيمي و ساختار اتمي سطحي اين نانوذرات در دست است و اين دو عامل در تعيين عملکرد ذرات نقشي اساسي دارند.

با استفاده از روش جديدي که ريزبيني الکتروني عبوري روبشي با انحرافِ اصلاح‌شده ناميده مي‌شود، گروه شاوهورن با همکاري محققاني از دانشگاه تگزاس و آزمايشگاه ملي اوآک‌ريج، ساختارهاي اتمي خاص موجود در نزديکي سطح چنين کاتاليست‌هايي را شناسايي کردند.

با در اختيار داشتن اين اطلاعات، اين محققان نظريه‌اي ارائه کرده‌اند که عملکرد ماده مذکور را توجيه مي‌کند.

بنا به گفته شاوهورن شناخت ترتيب سطحي به ما کمک خواهد کرد تا کاتاليست‌هاي بهتري طراحي کنيم و شايد اين مسئله، مهم‌ترين جنبه اين کشف باشد.

اين محققان، نانوذرات پلاتين و کبالتي را که با اسيد واکنش داده بودند و برخي پس از واکنش با اسيد تحت حرارت بالايي قرار داده شده بودند، بررسي کرده و دريافتند که هر کدام از اين دو دسته نانوذرات، فعال‌تر از پلاتين اصلاح‌نشده هستند.

شاوهورن و همکارانش دريافتند که ساختارهاي سطحي هر کدام از اين دو دسته نانوذرات، کمي متفاوت است؛ به‌عنوان مثال در نانوذراتي که تحت حرارت قرار گرفته بودند، اتم‌هاي پلاتين و کبالت يک ساختار «ساندويچ‌شکل» ايجاد مي‌کردند؛ اتم‌هاي پلاتين، بيشتر سطح را پوشانده بودند، در حالي که لايه زيرين عمدتاً از کبالت تشکيل شده بود و لايه‌هاي متوالي بعدي، داراي مخلوطي از اين دو اتم بودند.

به گفته اين گروه اين نانوذرات خاص، بيش از چهار برابر فعال‌تر از پلاتين منفرد و اصلاح‌نشده هستند؛ زيرا در اين نانوذرات، اتم‌هاي پلاتيني موجود بر روي سطح، به اتم‌هاي کبالت زيرين پيوند خورده‌ و مقيد شده‌اند.

شاوهورن گفت: اين امر موجب مي‌شود تا فاصله‌هاي بين ‌اتمي در بين اتم‌هاي پلاتين موجود در سطح نانوذرات اصلاح شود و اين اتم‌ها براي واکنش‌هاي شيميايي‌ مهمي که در پيل‌هاي سوختي رخ مي‌دهند، کارامدتر باشند.

وي افزود: اين تحقيق، پلي است ميان فاصله موجود بين يافته‌هاي ما در زمينه الکتروکاتاليز در مواد بزرگ‌مقياس و نانومقياس.

لازم به ذکر است، اين تحقيق از سوي گروه انرژي و بنياد ملي علوم حمايت مالي شده و نتايج اين تحقيق در نشريه Journal of the American Chemical Society به چاپ رسيده ‌است./انتهاي پيام/