מדענים פיתחו “ננו-קעריות” כהגנה על זרזים חשובים

צוות חוקרים משותף ממספר מעבדות ואוניברסיטאות בארה”ב משתמש בשיטות הנהוגות בייצור של מיקרו-שבבים לבניית “קעריות” ננומטריות המגנות על זרזים מתכתיים זעירים מהתנאים החריפים הקיימים בזיקוק ביו-דלקים

צוות חוקרים משותף ממספר מעבדות ואוניברסיטאות בארה”ב משתמש בשיטות הנהוגות בייצור של מיקרו-שבבים לבניית “קעריות” ננומטריות המגנות על זרזים מתכתיים זעירים מהתנאים החריפים הקיימים בזיקוק ביו-דלקים. בנוסף, ניתן להתאים ולשנות את הגודל, הצורה וההרכב של ננו-הקעריות הללו על מנת להגביר את היעילות והתפקוד שלהן.

בשנים האחרונות, ננו-חלקיקים של מתכות כגון פלטינה, אירידיום ופלדיום המעוגנים על גבי משטחים של תחמוצות מתכת נבדקו בתור זרזים ההופכים ביומסה – החומר האורגני המצוי בצמחים כגון תירס, קני סוכר ודורה – לדלקים חלופיים. לרוע המזל, תחת תנאים שכיחים שבהם נוזלים עשויים להגיע לטמפרטורה של 200 מעלות צלזיוס וללחץ של 4000 קילו-פסקל, ננו-חלקיקי המתכת הזעירים עלולים להתגבב לכדי צברי חלקיקים גדולים יותר שמאבדים את פעילותם הקטליטית. בנוסף, תנאים חריפים אלו עלולים לפרק את המצע עצמו.

“היינו צריכים לפתח שיטה שתגן על הזרזים מבלי לפגוע ביכולתם לתפקד כראוי במהלך הזיקוק,” מסביר החוקר הראשי. “הפתרון שלנו היה להשתמש בריבוץ שכבות אטומי (ALD), תהליך המשמש באופן רווח בתעשיית המוליכים למחצה לשם הנחת שכבות חד-אטומיות על גבי מצע, לבניית “ננו-קעריות” מסביב לחלקיק המתכתי.”

בכדי ליצור מבנה של ננו-קעריות הכוללות בתוכן את הזרזים הפעילים, החוקרים השתמשו תחילה בתהליך ה-ALD על מנת למקם מיליוני ננו-חלקיקי מתכת (שבסופו של דבר יהפכו לננו-הזרזים) על גבי משטח המצע. השלב הבא היה להוסיף חומרים אורגניים שיקשרו רק לננו-חלקיקי המתכת ולא למצע. קבוצות הגנה כימיות אלו משמשות בתור התבנית שסביבה מתהוות ננו-הקעריות.

“בכדי לקבוע את הצורה של ננו-הקעריות הנמצאות במצע שלנו, השתמשנו שוב בתהליך ה-ALD, רק שהפעם מיקמנו, שכבה אחר שכבה, חומר אי-אורגני [niobium pentoxide] מסביב לקבוצות ההגנה,” מסביר אחד מהחוקרים השותפים למיזם. “ברגע שהגענו לצורה (העובי) הרצויה לנו, הסרנו את קבוצות ההגנה והותרנו את ננו-החלקיקים מוגנים בתוככי ננו-הקעריות, וכך הם לא התגבבו יחדיו ליצירת צברים בלתי פעילים.

החוקר הראשי מסביר כי ננו-הקעריות עצמן ניתנות לייצור כך שהן תוכלנה להגביר את התפקודיות הכללית של מצע הזרזים. “בגובה מסוים, אנו יכולים למקם שכבות של חומר פעיל קטליטית על דופנות ננו-הקעריות ליצירת זרז-משותף שיפעל במשולב עם ננו-הזרזים. בנוסף, באמצעות בחירה מוקפדת של קבוצת ההגנה האורגנית אנו יכולים לכוונן את הגודל ואת הצורה של חללי ננו-הקעריות כך שתתאמנה במדויק למולקולות ספציפיות המצויות בתערובת של ביו-המסה.”

הידיעה על המחקר