تصفیه آب تنها با چند اتم

به گزارش خبرگزاری صدا و سیما ، محققان در یک مطالعه جدید این مساله را بررسی کردند که چگونه می‌توان 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.

بنا بر اعلام «فیز» ، 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 می‌دهد 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 اتم‌ها 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 محدودیت‌ها 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 اتم‌ها کردد. به جای هزاران اتمی که مواد نانو را تشکیل می‌دهند، این خوشه‌ها تنها حاوی سه یا چهار اتم هستند، اما خصوصیاتی نشان می‌دهند 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 طرح‌ها خواهد بود.