به گزارش گروه علم و آموزش ایرنا از «فیز»، محققان در یک مطالعه جدید این مساله را بررسی کردند که چگونه می توان عملکرد این کاتالیزورها را بهینه سازی کرد و آنها را برای کاربردهای عملی مناسب ساخت.

نتایج این مطالعه انجام شده با هدایت پروفسور «جاهونگ کیم» در نشریه آکادمی ملی علوم (آمریکا) منتشر شده است. در چند دهه گذشته، کاتالیزورهای مقیاس نانو توجه زیادی را در زمینه تصفیه آب جلب کرده اند. مواد در مقیاس نانو ویژگی‌های متعدد منحصر به فرد و مفیدی ارائه می‌دهند.

به تازگی، محققان امکان استفاده از کاتالیزورهای تک اتمی را بررسی کرده اند. این کاتالیزورها که حتی از مواد نانو هم کوچکتر هستند، می‌توانند حتی کارآیی بالاتری هم داشته باشند.

«کیم» گفت: ما این قابلیت را پیش از این نداشتیم اما اکنون فلزات تک اتمی را به روی زیرلایه (substrate) سوار می‌کنیم و این عالی است زیرا می‌توان از کل اتم بهره برداری کرد.

در این زمینه کارایی بالا بسیار مهم است زیرا موادی که به طور معمول برای کاتالیزورها استفاده می‌شوند، بسیار گران هستند. مثلا «پالادیوم» که در حال حاضر هر اونس آن (حدود ۲۸ گرم) در حدود ۲ هزار دلار است، فلزی است که اغلب برای کاتالیزورها استفاده می‌شود.

یک مقایسه سریع نشان می دهد که چرا کاتالیزورهای تک اتمی تا این حد مورد علاقه هستند. در شکل مقیاس نانو، ۵۰ نانومتر از پالادیوم برای پوشش سطحی به وسعت ۲۵۰ مترمربع حدود ۳۷ دلار هزینه دارد در حالی که تنها بیش از ۲ درصد از اتم ها در سطح در معرض هستند. این در حالی است که در شکل تک اتمی هزینه پالادیوم برای پوشش سطحی بزرگتر از ۵۰ زمین فوتبال تنها ۱۷ سنت هزینه دارد.

یکی از محدودیت ها برای کاتالیزورهای تک اتمی این است که برخی از شرایط خاص می‌تواند عملکرد کاتالیزوری آنها را دچار نقصان کند. محققان به عنوان راه حلی برای این مساله اکنون شروع به ایجاد کاتالیزورهایی با یک خوشه (cluster) کوچک از اتم ها کرده اند. به جای هزاران اتمی که مواد نانو را تشکیل می دهند، این خوشه ها تنها حاوی سه یا چهار اتم هستند اما خصوصیاتی نشان می دهند که بیشتر شبیه یک اتم واحد است.

کیم گفت: ما در نهایت امیدوار هستیم که یک وسیله بسیار کارآمد داشته باشیم که از این کاتالیزور برای از بین بردن آلودگی در آب استفاده کند؛ زیرا این بسیار ارزانتر و کارآمدتر از سایر مواد و طرح ها خواهد بود.