Nanoteknoloji
Nano Dalgalı Grafen Güçlü Bir Katalizör Oluyor
Ulusal Bilimler Akademisi Bildiriler Kitabı'nda (PNAS) bu hafta yayınlanan araştırma, yüzeyinde nano ölçekli oluklu grafenin hidrojen parçalanmasını ve en iyi metalik bazlı katalizörleri hızlandırabileceğini gösterdi. Bu beklenmeyen etkinin, doğası gereği düz olmayan tüm iki boyutlu malzemelerde mevcut olması muhtemeldir. Manchester ekibi, Çin ve ABD'den araştırmacılarla iş birliği içinde, grafenin düz olmamasının onu güçlü bir katalizör yaptığını göstermek için bir dizi deney yaptı. İlk olarak, ultra-hassas gaz akışı ölçümleri ve Raman spektroskopisi kullanarak, grafenin nano-ölçekli oluklarının moleküler hidrojen (H2) ile kimyasal reaktivitesine bağlı olduğunu ve atomik hidrojene (H) ayrışması için aktivasyon enerjisinin nispeten küçük olduğunu gösterdiler.
Ekip, bu reaktivitenin malzemeyi verimli bir katalizör yapmak için yeterli olup olmadığını değerlendirdi. Bu amaçla, araştırmacılar hidrojen ve döteryum (D2) gazlarının bir karışımını kullandılar ve grafenin gerçekten de H2 ve D2'yi HD'ye dönüştüren güçlü bir katalizör gibi davrandığını buldular. Bu, aynı koşullar altında grafit ve diğer karbon bazlı malzemelerin davranışıyla taban tabana zıttı. Gaz analizleri, tek katmanlı grafen tarafından üretilen HD miktarının, zirkonya, magnezyum oksit ve bakır gibi bilinen hidrojen katalizörleriyle yaklaşık olarak aynı olduğunu, ancak grafenin yalnızca küçük miktarlarda, ikincisinin 100 katından daha az gerekli olduğunu ortaya çıkardı.
Makalenin baş yazarı Dr. Pengzhan Sun, "Kağıdımız, bağımsız grafenin, kimyasal olarak son derece inert olan hem grafit hem de atomik olarak düz grafenden oldukça farklı olduğunu gösteriyor. Nano ölçekli olukların, grafen yüzeyindeki boşluklar, kenarlar ve diğer kusurlar gibi 'olağan şüphelilerden' daha önemli olduğunu kanıtladık" dedi.
Makalenin baş yazarı Prof. Geim ise termal dalgalanmalar ve kaçınılmaz yerel mekanik zorlanma nedeniyle tüm atomik ince kristallerde nano dalgalanma doğal olarak meydana geldiğinden, diğer 2B malzemeler de benzer şekilde gelişmiş reaktivite gösterebileceğini ve Grafene gelince, onun sadece hidrojen içerenlerde değil, diğer reaksiyonlarda da katalitik ve kimyasal olarak aktif olmasını bekleyebileceklerini söyledi. Prof. Geim, "2D malzemeler çoğunlukla atomik olarak düz levhalar olarak algılanır ve kaçınılmaz nano ölçekli olukların neden olduğu etkiler şimdiye kadar göz ardı edilmiştir. Çalışmamız, bu etkilerin 2B malzemelerin kullanımı için önemli sonuçları olan dramatik olabileceğini gösteriyor. Örneğin, toplu molibden sülfid ve diğer kalkojenitler genellikle 3D katalizörler olarak kullanılır. Şimdi 2D formlarında daha da aktif olup olamayacaklarını merak etmeliyiz.” şeklinde konuştu.
Makale: pnas.org
