روشی جدید برای استفاده بهتر از روتنیوم در کاتالیزورهای تک اتمی

ویرایش شده توسط Sadie Harley، بررسی توسط Andrew Zinin

این مقاله با توجه به روند و سیاست های ویرایشی Science X بررسی شده است. ویراستاران ضمن اطمینان از اعتبار محتوا، ویژگی های زیر را برجسته کرده اند:

روتنیوم (Ru) یک فلز ارزشمند است که در کاتالیزورها برای سرعت بخشیدن به واکنش های شیمیایی در بسیاری از فرآیندهای صنعتی استفاده می شود. می تواند به بهبود کارایی و کاهش انرژی مورد نیاز برای تولید مواد شیمیایی کمک کند. با این حال، چون کمیاب و گران است، دانشمندان به دنبال راه هایی برای استفاده بهتر از آن هستند.

یک رویکرد امیدوارکننده استفاده از اتم‌های روتنیوم منفرد به جای ذرات فلزی بزرگ‌تر است که به فلز بیشتری اجازه می‌دهد در واکنش‌های شیمیایی شرکت کند. با این حال، چالش، یافتن راهی برای گنجاندن تعداد زیادی از این اتم‌ها در یک کاتالیزور است.

برای مقابله با این چالش، محققان دانشگاه توهوکو با همکاری دانشگاه تسوکوبا، دانشگاه کیوتو و دانشگاه اوزاکا، روش جدیدی را برای تولید کاتالیزورهای تک اتمی روتنیم توسعه داده‌اند. کاتالیزور بادوام و بسیار انتخابی می تواند دی اکسید کربن مضر (CO2) را به اسید فرمیک تبدیل کند که یک ماده خام با ارزش برای بسیاری از صنایع است.

این یافته ها در Angewandte Chemie International Edition منتشر شد.

استادیار تاکهارو یوشی از مؤسسه پیشرفته علوم مواد (WPI-AIMR)، دانشگاه توهوکو، توضیح می دهد: «کاتالیست های تک اتمی می توانند با اجازه دادن به اتم های بیشتری برای شرکت در واکنش های شیمیایی از فلزات ارزشمند استفاده بهتری کنند.

با این حال، هنگامی که مقادیر زیادی روتنیم استفاده می شود، اتم ها تمایل دارند به هم بچسبند و جدا نگه داشتن آنها را دشوار می کند. ما روش جدیدی را برای نگه داشتن اتم های روتنیوم جداگانه در یک ماده کربنی، حتی در غلظت های بالا ایجاد کردیم.

برای ایجاد کاتالیزور، محققان مولکول‌هایی با ساختار انعطاف‌پذیرتری نسبت به روش‌های قبلی طراحی کردند که به آنها اجازه می‌دهد اتم‌های روتنیم را بهتر در خود جای دهند. سپس تیم آنها را گرم کردند تا یک ماده کربنی متخلخل و سازمان یافته را تشکیل دهند. با استفاده از این روش، میزان روتنیوم تا 11 درصد وزنی در مقایسه با کاتالیزورهای معمولی تک اتمی روتنیم کمتر از 2 درصد بود.

محققان همچنین آزمایش کردند که کاتالیزور جدید چقدر می تواند CO2 را به اسید فرمیک تبدیل کند. بیش از 99 درصد گزینش پذیری را به دست آورد، به این معنی که تعداد کمی از محصولات جانبی ناخواسته تشکیل شد. حتی پس از استفاده مکرر، کاتالیزور عملکرد بالای خود را حفظ کرد، بدون هیچ نشانه ای از انباشته شدن اتم های فلز در کنار هم یا آسیب به ساختار کربن.

این روش می تواند به محققان کمک کند تا کاتالیزورهای کارآمدتری توسعه دهند و در عین حال از منابع محدود فلزی بهتر استفاده کنند. با تکیه بر این یافته‌ها، این تیم قصد دارد بررسی کند که آیا می‌توان از همین رویکرد با سایر فلزات گرانبها مانند پلاتین، پالادیوم و ایریدیوم استفاده کرد یا خیر.

کوکی چیدا و همکاران، موتیف های هماهنگی پلی پیریدیل به عنوان پیش ساز برای چارچوب های کربنی مرتب به سمت کاتالیست های تک اتمی Ru با چگالی بالا، Angewandte Chemie International Edition (2026). DOI: 10.1002/anie.6197340

اطلاعات مجله: Angewandte Chemie International Edition

کارشناسی علوم زیستی و اکولوژی. پیشینه آزمایشگاه میکروبیولوژی با تجربه اخبار دارویی در صنایع نفت، گاز و تجدیدپذیر. نمایه کامل →

فوق لیسانس فیزیک با تجربه تحقیق. علاقه مندان به اخبار علمی طولانی مدت. نقش کلیدی در موفقیت سرمقاله Science X ایفا می کند. نمایه کامل →