کاتالیزورها یکی از ستون‌های پنهان، اما حیاتی صنعت مدرن‌اند؛ موادی که با پایین آوردن انرژی موردنیاز واکنش‌های شیمیایی، سرعت، بازده و پایداری تولید را بالا می‌برند. از دارو و باتری گرفته تا پالایش نفت و تولید مواد اولیه، هیچ کدام بدون کاتالیزورهای کارآمد امکان‌پذیر نیست. همین نقش کلیدی باعث شده رقابت جهانی برای ساخت کاتالیزورهای سریع‌تر و ارزان‌تر، روزبه‌روز شدیدتر شود.

به گزارش ایسنا و به نقل از دیلی ساینس، یکی از رازهای قدیمی این حوزه ارتباط میان مولکول‌ها و سطح فلز است؛ جایی که مولکول هنگام برخورد با کاتالیزور بخشی از الکترون‌های خود را موقتاً با سطح فلز شریک می‌شود. سال‌ها بود دانشمندان فقط حدس می‌زدند این «شراکت الکترونی» چقدر است، زیرا اندازه‌گیری مستقیم این مقدار بسیار کوچک ممکن نبود. اکنون پژوهشگران مرکز برنامه‌ریزی انرژی کاتالیز در دانشگاه مینه‌سوتا روشی نو به نام «تیتراسیون الکترون هم‌پتانسیل» یا IET ابداع کرده‌اند که این مقدار را به‌صورت دقیق و تجربی ثبت می‌کند.

این روش برای نخستین‌بار نشان داده است که می‌توان مقدار انتقال الکترون را حتی در مقیاس‌هایی کمتر از یک درصد اندازه گرفت. این کشف شرحی ملموس از نحوه اتصال مولکول‌ها به سطح فلز در شرایط واقعی کاتالیزوری ارائه می‌دهد. پژوهشگران می‌گویند این دید تازه، فهم رفتار مولکول‌ها روی کاتالیزورها را شفاف‌تر از همیشه کرده است.

یکی از نمونه‌های مهمی که با این روش اندازه‌گیری شد، چگونگی رفتار اتم هیدروژن روی سطح پلاتین است. یافته‌ها نشان می‌دهد هیدروژن تنها حدود ۰/۲ درصد از یک الکترون خود را به پلاتین «می‌سپارد»، اما همین مقدار بسیار کوچک برای فعال شدن و واکنش‌پذیر شدن آن کافی است. این نوع اندازه‌گیری‌ها توضیح می‌دهد چرا طلا، نقره و پلاتین در بسیاری از فرایندهای صنعتی بهترین عملکرد را دارند: آن‌ها تعادل دقیقی از اشتراک الکترون ارائه می‌دهند؛ نه آن‌قدر زیاد که مولکول‌ها بیش از حد محکم بچسبند و نه آن‌قدر کم که واکنش رخ ندهد.

به گفته پژوهشگران، IET اکنون یک ابزار تحلیلی نو در اختیار مهندسان قرار می‌دهد تا فرمولاسیون‌های جدید کاتالیزور را مستقیماً و با سرعت بیشتر ارزیابی و مقایسه کنند. این امر می‌تواند ساخت نسل تازه‌ای از کاتالیزورها را که کارآمدتر، ارزان‌تر و مناسب‌تر برای صنایع مختلف هستند، تسریع کند.

این دستاورد همسو با مأموریت مرکز ملی «برنامه‌ریزی انرژی کاتالیز» است؛ مرکزی وابسته به وزارت انرژی آمریکا که از سال ۲۰۲۲ بر توسعه سامانه‌های پیشرفته و پویا برای تولید مواد، سوخت و ترکیبات شیمیایی تمرکز دارد. پژوهشگران معتقدند این کشف بنیاد تازه‌ای برای علم کاتالیز می‌سازد و می‌تواند زمینه‌ساز پیشرفت‌های بزرگ در فناوری‌های انرژی طی دهه‌های آینده باشد.

انتهای پیام