סיקור מקיף

פוענחו תהליכי החמצון בננו-צברי זהב

חוקרים מאמינים כי החידה של זהב קטליטי נפתרה כעת בחלקה. זהב מסוגל לזרז תגובת חמצון באמצעות חמצונו שלו תחילה. מחקר חדש, המספק ראיות לקיומה של פאזת תחמוצת זהב בטמפרטורת החדר ובלחץ אטמוספרי, מסייע לחוקרים, סוף-סוף, להבין את מנגנוני החמצון של ננו-צברי זהב קטליטיים בתנאים אלו.

התצורה האטומית חזויה של שרשראות תחמוצת זהב (זהב: אפור, חמצן: ורוד) בגבולה של חד שכבת זהב (זהב: צהוב), נתמכת על ידי שכבה דקה של תחמוצת מגנזיום (מגנזיום: ירוק, חמצן: אדום) על כסף. המספרים מציינים מטענים אטומיים ביחידות של מטען האלקטרון.
התצורה האטומית חזויה של שרשראות תחמוצת זהב (זהב: אפור, חמצן: ורוד) בגבולה של חד שכבת זהב (זהב: צהוב), נתמכת על ידי שכבה דקה של תחמוצת מגנזיום (מגנזיום: ירוק, חמצן: אדום) על כסף. המספרים מציינים מטענים אטומיים ביחידות של מטען האלקטרון.

"הבנת המנגנונים חיונית לשם תכנון זרזי חמצון שיוכלו לפעול כראוי בתגובות אלו תוך שימוש בחמצן המצוי באוויר. זרזים המתפקדים בטמפרטורות נמוכות יהיו חשובים ביותר בעתיד מבחינת נצילות האנרגיה," אומרת החוקרת Karoliina Honkala מאוניברסיטת Jyväskylä בפינלנד.

החוקרים הציגו ראיות חדשות, שמקורן בניסויים חישוביים, התומכות בטענה כי צברי זהב ננומטריים מסוגלים לבקע לחלוטין את הקשר חמצן-חמצן באמצעות קיומה של פאזת תחמוצת זהב חדשה הנוצרת באזור היקף הצבר. החוקרים חוזים כי מנגנון זה הוא המועדף בתנאים מתונים של לחץ אטמוספרי אחד וטמפרטורת החדר. ממצאי המחקר פורסמו בכתב-העת המדעי Angewandte Chemie.

במחקרם, המדענים חשפו את צברי-הזהב בעובי של חד-שכבה למספר משתנה של פרודות חמצן. נמצא, כי אפילו צבר זהב אחד מסוגל לקלוט ביעילות מספר פרודות חמצן בגבולות הצבר, ולהחליש בו-זמנית את הקשר חמצן-חמצן באמצעות העברת אלקטרונים אליהן. בהתחשב בתנאי הטמפרטורה והלחץ של התגובה, החישובים חוזים כי פרודות החמצן תתבקענה לחלוטין וכי אטומי הזהב והחמצן ייצרו שרשראות חד-מימדיות מתחלפות (זהב-חמצן-זהב-חמצן וכו') בגבולות הצבר.

אטומי החמצן בשרשראות אלו טעונים שלילית, ואילו אטומי הזהב טעונים חיובית, תוך קבלת מערכת המזכירה שרשרת חד-מימדית של תחמוצת זהב. שרשראות אלו צפויות להיות פעילות קטליטית מאוד ביחס להמרה של פחמן חד-חמצני לפחמן דו-חמצני בטמפרטורת החדר. החוקרים בחנו צברי-זהב בעובי חד שכבתי המכילים 20-10 אטומים, אשר נתמכים ע"ג שכבות דקיקות של תחמוצת מגנזיום שהוכנו על כסף מתכתי.

מחקר מקיף שנערך מאז תחילת שנות השמונים הראה כי ננו-חלקיקי זהב מפגינים פעילות קטליטית יוצאת מן הכלל כלפי תגובות כימיות רבות החשובות בתעשייה ואשר מעורב בהן שפעול של הקשרים האטומיים שבתוככי פרודות חמצן או פחמימנים. קבלת פחמן דו-חמצני מפחמן חד-חמצני ופרודת חמצן בטמפרטורת החדר היא אחד מהתהליכים הנחקרים ביותר. במחקרים אלו הוצעו מספר גורמים שיכלו להיות האחראיים ליכולתם של חלקיקי הזהב לשפעל את הקשר חמצן-חמצן, המהווה את שלב המפתח בתגובה.

"ממצאי המחקר שפורסם עתה מספקים לנו גישה חדשה לפתרון הבעיה. הקבלה של תחמוצת זהב, כלומר – החמצון של הזהב – עומדת בסתירה לתכונות המוכרות של מתכת זהב רגילה. בעולם הננומטרי, מסתבר, הכל נראה אפשרי," אומרת החוקרת.

הידיעה על המחקר

שיתוף ב print
שיתוף ב email
שיתוף ב whatsapp
שיתוף ב linkedin
שיתוף ב twitter
שיתוף ב facebook

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר.

לוגו אתר הידען
דילוג לתוכן