اكتشف الباحثون، بما في ذلك جامعة طوكيو، لأول مرة طريقة لتحسين متانة محفزات الذهب من خلال إنشاء طبقة واقية من مجموعات أكسيد المعادن. يمكن لمحفزات الذهب المحسنة أن تتحمل البيئات المادية على مدى فترة زمنية أكبر من نظيراتها غير المحمية. وهذا يمكن أن يزيد من نطاق التطبيقات الممكنة وفي بعض الحالات يقلل من استهلاك الطاقة وتكاليفها. وتستخدم هذه المحفزات على نطاق واسع في المجالات الصناعية مثل التخليق الكيميائي وإنتاج الأدوية، وكلها يمكن أن تستفيد من محفزات الذهب المحسنة.
الجميع يحب الذهب: الرياضيون، القراصنة، المصرفيون - الجميع. تاريخيًا، كان الذهب معدنًا جذابًا، ويستخدم لصنع الميداليات والمجوهرات والعملات المعدنية وغيرها.
ما يجعل الذهب لامعًا وجذابًا للغاية هو خصائصه الكيميائية التي تقاوم الظروف الفيزيائية التي يمكن أن تتلاشى فيها المواد الأخرى، مثل الحرارة والضغط والأكسدة وغيرها من المواد الضارة.
ولكن من المفارقة أنه على المستوى النانوي، تخالف جزيئات الذهب الصغيرة هذا الاتجاه وتصبح نشطة للغاية لدرجة أنها كانت منذ فترة طويلة أساسية لتحقيق مجموعة متنوعة من المحفزات، والمواد الوسيطة التي تسرع أو تجعل التفاعلات الكيميائية تحدث بطريقة ما. بمعنى آخر، فهي مواد مفيدة أو ضرورية لتحويل مادة إلى أخرى، ولذلك تستخدم على نطاق واسع في التركيب والتصنيع.
الابتكار وراء محفزات الذهب المحسنة
قال كوسوكي سوزوكي، الأستاذ المشارك في قسم الكيمياء التطبيقية بجامعة طوكيو: "الذهب معدن سحري يحظى بالثناء في المجتمع، وخاصة في المجال العلمي. الذهب مادة مثالية للمحفزات ويمكن أن يساعدنا في تصنيع مواد مختلفة بما في ذلك الأدوية. الأسباب نظرًا لأن الذهب لديه قدرة منخفضة على امتصاص الجزيئات وهو انتقائي للغاية للمواد التي يرتبط بها، فإنه يسمح بالتحكم الدقيق للغاية في عملية التخليق الكيميائي. محفزات الذهب عادة تعمل في درجات حرارة وضغوط منخفضة، وتتطلب طاقة أقل، ولها تأثير بيئي أقل من المحفزات التقليدية.
على الرغم من جودة الذهب، إلا أن له بعض العيوب. كلما كانت جزيئات الذهب أصغر، كلما كانت أكثر تفاعلية، وفي مرحلة ما، تبدأ المحفزات المصنوعة من الذهب في التأثر سلبًا بالحرارة والضغط والتآكل والأكسدة وغيرها من الظروف. اعتقد سوزوكي وفريقه أن بإمكانهم تحسين الوضع وصمموا مادة حماية جديدة من شأنها أن تسمح لمحفزات الذهب بالحفاظ على وظائفها المفيدة على نطاق أوسع من الظروف الفيزيائية التي عادة ما تعيق أو تدمر محفزات الذهب النموذجية.
وقال سوزوكي: "إن جزيئات الذهب النانوية المستخدمة حاليًا في المحفزات تتمتع بدرجة معينة من الحماية، وذلك بفضل عوامل مثل دوديكانيثيول والبوليمرات العضوية. لكن تقنيتنا الجديدة تعتمد على نوع من مجموعة أكسيد المعادن يسمى ملح بولي أوكسيميتال، وهو أكثر فعالية بكثير، خاصة عندما يتعلق الأمر بالإجهاد التأكسدي".
"نحن نقوم حاليًا بالتحقيق في هياكل وتطبيقات جديدة لبولي أوكسيميتالاتس. هذه المرة قمنا بتطبيق بولي أوكسيميتالات على جسيمات الذهب النانوية وقررنا أن بولي أوكسيميتالاتس حسنت متانة الجسيمات النانوية. ويكمن التحدي الحقيقي في تطبيق تقنيات تحليلية مختلفة لاختبار ذلك والتحقق منه."
استخدم فريق البحث مجموعة متنوعة من التقنيات المعروفة مجتمعة باسم التحليل الطيفي. واستخدموا ما لا يقل عن ستة أساليب طيفية، والتي تنوعت في أنواع المعلومات التي كشفوها عن المادة وسلوكها. ولكن بشكل عام، فإنها تعمل من خلال تسليط نوع من الضوء على مادة ما ثم استخدام أجهزة استشعار متخصصة لقياس كيفية تغير الضوء بطريقة ما. قضى سوزوكي وفريقه عدة أشهر في إجراء اختبارات مختلفة وتكوينات مختلفة لموادهم التجريبية حتى وجدوا ما كانوا يبحثون عنه.
وقال سوزوكي "هدفنا ليس فقط تحسين طرق معينة للتخليق الكيميائي." "لجسيمات الذهب النانوية المحسنة العديد من التطبيقات التي يمكن أن تفيد المجتمع: المحفزات التي تحلل التلوث (تحتوي العديد من سيارات البنزين بالفعل على المحولات الحفازة المألوفة)، والمبيدات الحشرية منخفضة التأثير، والكيمياء الخضراء للطاقة المتجددة، والتدخلات الطبية، ومصادر الغذاء، وأجهزة استشعار الأمراض الجنسية، والقائمة تطول. لكننا نريد أن نذهب إلى أبعد من ذلك. وستكون الخطوات التالية هي تحسين نطاق الظروف الفيزيائية لجعل جزيئات الذهب النانوية أكثر قدرة على التكيف، وكذلك النظر في كيفية إضافة بعض المتانة. إلى معادن محفزة مفيدة أخرى مثل الروثينيوم والروديوم والرينيوم وبالطبع شيء أكثر شعبية من الذهب: البلاتين."
المصدر المجمع: ScitechDaily