به همت محققان ایرانی؛

نانو کاتالیست‌های فوق سبک طراحی شد

محققان کشور در تحقیقات آزمایشگاهی خود موفق شدند نانوکاتالیستی فوق سبک طراحی کنند که فعالیت بسیار بالایی در فرایند اکسیداسیون اتانول از خود نشان می‌دهد.

کد خبر: ۶۶۳۵۷۱

سه‌شنبه - ۱۰ بهمن ۱۳۹۶ / January 30, 2018

به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، به نقل از ستاد ویژه توسعه فناوری نانو، غیر سمی بودن اتانول و تهیه آسان آن به روش تخمیر، باعث شده تا اتانول گزینه‌ای مناسب برای سوخت در پیل‌های سوختی باشد. همچنین پیل‌های سوختی اتانولی به دلیل تولید دانسیته جریان بالا، مورد توجه بسیاری قرار گرفته است. با این حال توسعه کاتالیست‌های جدید با فعالیت الکتروکاتالیزوری بالا، یکی از مهم‌ترین مسائلی است که باید قبل از تجاری شدن پیل‌های سوخت اتانولی در نظر گرفته شود.

طراحی کاتالیزور‌هایی با سطوح گسترده، مانند نانوسیم‌ها، نانولوله‌ها و نانوساختار‌های متخلخل، موقعیت‌های بسیاری را برای بهبود عملکرد و دوام کاتالیزور‌ها فراهم کرده است. از طرفی کاتالیزور‌های نانوساختار متخلخل علاوه بر سطح بالا و تخلخل‌های زیاد، از مزایایی همچون مقاومت به خوردگی و استحکام بالا نیز برخوردارند.

مهدی زارعی یزدان آباد، فارغ التحصیل دکترای شیمی کاربردی محقق این طرح اظهار کرد: تهیه نانوساختار‌های سه بعدی از نانو ورقه‌های پالادیوم، مشابه گرافن سه بعدی، به عنوان یک کاتالیست در فرایند اکسیداسیون اتانول و فرمیک اسید مهمترین هدف دنبال شده در این کار است.

وی با بیان اینکه تبدیل ساختار دو بعدی نانو ورقه‌های پالادیوم به ساختار سه بعدی آئروژل پالادیوم نتیجه مهم این تحقیق بوده‌است، عنوان کرد: نتایج الکتروشیمیایی نشان دادند که این نسل از کاتالیست پالادیوم، فعالیت بالایی را در فرایند اکسیداسیون اتانول از خود نشان می‌دهد. طبق این نتایج، فعالیت این کاتالیست در فرایند اکسیداسیون اتانول در مقایسه با کاتالیست تجاری Pd/C، حدود ۷ برابر است.

آئروژل پالادیوم فوق سبک قرار داده شده روی قاصدک

زارعی در خصوص نحوه تبدیل نانوورقه‌ها به نانوساختار سه بعدی پالادیوم گفت: این کار در حلال استیک اسید و در حضور یک سورفاکتانت انجام شد؛ سهولت انجام از مهم‌ترین مزایای روش استفاده شده محسوب می‌شود.

به گفته این محقق، با توجه به این که این نانوکاتالیست ساختاری سه‌بعدی دارد، در صنایعی که به طور مستقیم از کاتالیست‌های پالادیم استفاده می‌کنند، برای مثال در صنایع پتروشیمی و داروسازی، کاربرد خواهد داشت.

زارعی یزدان آباد در خصوص لزوم تبدیل نانوورقه‌ها به نانوساختار‌های سه بعدی عنوان کرد: همانطور که می‌دانیم نانو ورقه‌ها به عنوان یک ساختار دو بعدی دارای ضخامت نانومتری هستند که مساحت سطحی بالایی را به ازای واحد وزنی ایجاد می‌کنند (گرافن یک مثال بارز از نانو ورقه‌هاست).

وی ادامه داد: نانوورقه‌ها انرژی سطحی بالایی دارند و تمایل زیادی برای استک شدن و تجمع دارند که این امر باعث کاهش مساحت سطحی کاتالیست نانو ورقه‌ای می‌شود. تبدیل ساختار دو بعدی نانو ورقه‌ها به ساختار سه بعدی مانع از ایجاد این مشکل می‌شود. همچنین به دلیل خلل و فرج‌هایی که در ساختار سه بعدی ایجاد می‌شود، فرایند انتقال جرم راحت‌تر صورت می‌گیرد (یک مثال بارز از این ساختارها، گرافن سه بعدی است که اخیرا کاربرد‌های فراوانی پیدا کرده است)؛ لذا ایجاد چنین ساختار‌های باعث افزایش فعالیت کاتالیستی می‌شود.

این محقق خاطر نشان کرد: در این طرح برای بررسی ساختاری کاتالیست سنتز شده از روش‌هایی نظیر SEM، TEM، AFM و XRD استفاده شده است. همچنین برای بررسی فعالیت کاتالیستی، الکترواکسیداسیون اتانول در یک سل سه الکترودی صورت گرفته است.

این تحقیقات از همکاری مهدی زارعی یزدان آباد- فارغ التحصیل دکتری شیمی کاربردی از دانشگاه سیستان و بلوچستان-  میثم نوروزی‌فر، دکتر علی‌رضا مدرسی عالم و  حمیده سراوانی- اعضای هیأت علمی دانشگاه سیستان و بلوچستان- حاصل شده‌است. نتایج این کار در مجله‌ی Journal of Materials Chemistry A. با ضریب تأثیر ۸/۸۶ (جلد ۵، سال ۲۰۱۷، صفحات ۱۰۲۴۴ تا ۱۰۲۴۹) به چاپ رسیده است.