نخستین عکس‌ها از ترتیب اتم‌ها در نانو ذرات پیل سوختی
مهندسانی از MIT و دو مؤسسة دیگر، گامی در جهت دستیابی به پیلهای سوختی کارامدتر برای خودروهای الکتریکی و سایر ابزارهای مشابه برداشته‌اند. آنها برای نخستین بار، از اتم‌های مجزایی عكس‌برداری كردندکه بر روی(و یا در نزدیک) سطح گونة خاصی از نانوذرات -که وجود آنها برای ابزارهای ذخیره‌سازی انرژی دوست‌دار محیط ضروری است- قرار دارند.
نانوذراتی که از پلاتین و کبالت ساخته می‌شوند، برخی از واکنش‌های شیمیایی‌ای را که در پیلهای سوختی رخ می‌دهند، کاتالیز می‌کنند و موجب می‌شوند که این واکنش‌ها چهار برابر سریع‌تر از زمانی که تنها از پلاتین به‌عنوان کاتالیست استفاده می‌شود، اجرا شوند. دلیل این پدیده، به‌درستی مشخص نیست. زیرا بنا به اظهارت یانگ شاوهورن -که یک استادیار در گروه مهندسی مکانیک و گروه علم و مهندسی مواد و همچنین مدیر آزمایشگاه انرژی الکتروشیمیایی در MIT است- اطلاعات کمی در مورد شیمی و ساختار اتمی سطحی این نانوذرات در دست است و این دو عامل، در تعیین عملکرد ذرات، نقشی اساسی دارند.
با استفاده از روش جدیدی که ریزبینی الکترونی عبوری روبشی با انحرافِ اصلاح‌شده نامیده می‌شود؛ گروه شاوهورن با همکاری محققانی از دانشگاه تگزاس و آزمایشگاه ملی اوآک‌ریج، ساختارهای اتمی خاص موجود در نزدیکی سطح چنین کاتالیست‌هایی را شناسایی کردند. با در اختیار داشتن این اطلاعات، این محققان نظریه‌ای ارائه کرده‌اند که عملکرد مادة مذکور را توجیه می‌کند. بنا به گفتة شاوهورن شناخت ترتیب سطحی به ما کمک خواهد کرد تا کاتالیست‌های بهتری طراحی کنیم و شاید این مسئله، مهم‌ترین جنبة این کشف باشد.
این محققان نانوذرات پلاتین و کبالتی را که با اسید واکنش داده بودند - و برخی پس از واکنش با اسید تحت حرارت بالایی قرار داده شده بودند- بررسی کرده، دریافتند که هر کدام از این دو دسته نانوذرات، فعال‌تر از پلاتینِ اصلاح‌نشده هستند. شاوهورن و همکارانش دریافتند که ساختارهای سطحی هر کدام از این دو دسته نانوذرات، کمی متفاوت است؛ به‌عنوان مثال، در نانوذراتی که تحت حرارت قرار گرفته بودند، اتم‌های پلاتین و کبالت یک ساختار «ساندویچ‌شکل» ایجاد می‌کردند. اتم‌های پلاتین، بیشتر سطح را پوشانده بودند؛ در حالی که لایة زیرین عمدتاً از کبالت تشکیل شده بود. لایه‌های متوالی بعدی، دارای مخلوطی از این دو اتم بودند.
به گفتة این گروه این نانوذرات خاص، بیش از چهار برابر فعال‌تر از پلاتین منفرد و اصلاح‌نشده هستند؛ زیرا در این نانوذرات، اتم‌های پلاتینی موجود بر روی سطح، به اتم‌های کبالتِ زیرین پیوند خورده و مقید شده‌اند.
شاوهورن گفت:«این امر موجب می‌شود تا فاصله‌های بین اتمی در بین اتم‌های پلاتین موجود در سطح نانوذرات، اصلاح شود.» و این اتم‌ها، برای واکنش‌های شیمیایی مهمی که در پیلهای سوختی رخ می‌دهند، کارامدتر باشند. وی افزود:«این تحقیق، پلی است میان فاصلة موجود بین یافته‌های ما در زمینة الکتروکاتالیز در مواد بزرگ‌مقیاس و نانومقیاس.»
این تحقیق از سوی گروه انرژی و بنیاد ملی علوم حمایت مالی شده‌است.
نتایج این تحقیق در نشریة Journal of the American Chemical Society به چاپ رسیده‌است.
منبع: نانو تکنولوژی
نانوذراتی که از پلاتین و کبالت ساخته می‌شوند، برخی از واکنش‌های شیمیایی‌ای را که در پیلهای سوختی رخ می‌دهند، کاتالیز می‌کنند و موجب می‌شوند که این واکنش‌ها چهار برابر سریع‌تر از زمانی که تنها از پلاتین به‌عنوان کاتالیست استفاده می‌شود، اجرا شوند. دلیل این پدیده، به‌درستی مشخص نیست. زیرا بنا به اظهارت یانگ شاوهورن -که یک استادیار در گروه مهندسی مکانیک و گروه علم و مهندسی مواد و همچنین مدیر آزمایشگاه انرژی الکتروشیمیایی در MIT است- اطلاعات کمی در مورد شیمی و ساختار اتمی سطحی این نانوذرات در دست است و این دو عامل، در تعیین عملکرد ذرات، نقشی اساسی دارند.
با استفاده از روش جدیدی که ریزبینی الکترونی عبوری روبشی با انحرافِ اصلاح‌شده نامیده می‌شود؛ گروه شاوهورن با همکاری محققانی از دانشگاه تگزاس و آزمایشگاه ملی اوآک‌ریج، ساختارهای اتمی خاص موجود در نزدیکی سطح چنین کاتالیست‌هایی را شناسایی کردند. با در اختیار داشتن این اطلاعات، این محققان نظریه‌ای ارائه کرده‌اند که عملکرد مادة مذکور را توجیه می‌کند. بنا به گفتة شاوهورن شناخت ترتیب سطحی به ما کمک خواهد کرد تا کاتالیست‌های بهتری طراحی کنیم و شاید این مسئله، مهم‌ترین جنبة این کشف باشد.
این محققان نانوذرات پلاتین و کبالتی را که با اسید واکنش داده بودند - و برخی پس از واکنش با اسید تحت حرارت بالایی قرار داده شده بودند- بررسی کرده، دریافتند که هر کدام از این دو دسته نانوذرات، فعال‌تر از پلاتینِ اصلاح‌نشده هستند. شاوهورن و همکارانش دریافتند که ساختارهای سطحی هر کدام از این دو دسته نانوذرات، کمی متفاوت است؛ به‌عنوان مثال، در نانوذراتی که تحت حرارت قرار گرفته بودند، اتم‌های پلاتین و کبالت یک ساختار «ساندویچ‌شکل» ایجاد می‌کردند. اتم‌های پلاتین، بیشتر سطح را پوشانده بودند؛ در حالی که لایة زیرین عمدتاً از کبالت تشکیل شده بود. لایه‌های متوالی بعدی، دارای مخلوطی از این دو اتم بودند.
به گفتة این گروه این نانوذرات خاص، بیش از چهار برابر فعال‌تر از پلاتین منفرد و اصلاح‌نشده هستند؛ زیرا در این نانوذرات، اتم‌های پلاتینی موجود بر روی سطح، به اتم‌های کبالتِ زیرین پیوند خورده و مقید شده‌اند.
شاوهورن گفت:«این امر موجب می‌شود تا فاصله‌های بین اتمی در بین اتم‌های پلاتین موجود در سطح نانوذرات، اصلاح شود.» و این اتم‌ها، برای واکنش‌های شیمیایی مهمی که در پیلهای سوختی رخ می‌دهند، کارامدتر باشند. وی افزود:«این تحقیق، پلی است میان فاصلة موجود بین یافته‌های ما در زمینة الکتروکاتالیز در مواد بزرگ‌مقیاس و نانومقیاس.»
این تحقیق از سوی گروه انرژی و بنیاد ملی علوم حمایت مالی شده‌است.
نتایج این تحقیق در نشریة Journal of the American Chemical Society به چاپ رسیده‌است.
منبع: نانو تکنولوژی
