دانشمندان می گویند ماده ای ابداع کرده اند که همانند یک گیاه حشره خوار عمل کرده اما به جای گرفتن حشرات، زباله های هسته ای رادیواکتیو را به دام می اندازد.

دانشمندان می گویند ماده ای ابداع کرده اند که همانند یک گیاه حشره خوار عمل کرده اما به جای گرفتن حشرات، زباله های هسته ای رادیواکتیو را به دام می اندازد.

"مرکوری کاناتزیدیس" یک دانشمند در "آزمایشگاه ملی آرگون" واقع در ایالت ایلینویز در امریکا و "نان دینگ" یک شیمی دان در دانشگاه "نورت وسترن"، اعلام کردند: چهارچوب سولفیدی آنها می تواند یون های رادیواکتیو سزیوم را به دام اندازد که به آن پتانسیل کمک به تسریع پاکسازی زباله های هسته ای را می دهد.

محققان افزودند، زباله ی هسته ای هم حاوی یون های غیرسمی سدیم هستند و هم ایزوتوپ های به شدت رادیواکتیو سزیوم دارند و بیشتر مواد نمی توانند این دو را از هم تشخیص دهند.

کاناتزیدیس گفت: این ماده که به تازگی ساخته شده است متشکل از سولفیدهای فلزی با یک شارژ منفی است.

به این ترتیب سوراخ های این ماده یون ها با شارژ مثبت را جذب می کنند و این ماده را به کاندیدای خوبی برای تبادل یون تبدیل می کنند.

زمانیکه این ماده در محلولی فرو می رود که حاوی یون های مثبت است ، یون های که در سوراخ های این ماده جمع شده اند جای خود را با یون های خارجی عوض می کنند.

کاناتزیدیس گفت: یون های سدیم این کار را به راحتی انجام می دهند.

اما زمانیکه محققان این ماده را با یون های سزیوم پر کردند، متوجه شدند که این یون ها از آن جدا نمی شوند.

کاناتزیدیس برای توضیح عملکرد این چهارچوب به یک ونوس مگس خوار اشاره کرد و گفت: زمانیکه آرواره های گیاه باز هستند می توان یک ریگ در داخل آن انداخت اما گیاه آرواره های خود را نمی بندد زیرا می داند چیزی که درون آن قرار گرفته، غذا نیست. اما زمانیکه یک حشره درون این گیاه قرار می گیرد گیاه فورا آرواره های خود را می بندد.

این تحقیق در مجله Nature Chemistry منتشر شده است.

محققان در آمریکا روشی برای دو برابر کردن عملکرد کاتالیستی نانوذرات پالادیوم در پیل‌های سوختی توسعه داده‌اند. این محققان نشان داده‌اند که پالادیوم می‌تواند در انواع گوناگونی از پیل‌های سوختی جایگزین پلاتین گران‌ قیمت شود

گران‌ترین قسمت یک پیل سوختی کاتالیست مبتنی بر فلز آن است. فلز رایج کنونی برای این کار، پلاتین می‌باشد. پالادیوم پنج برابر ارزان‌تر از پلاتین است و فعالیت کاتالیستی مشابه آن دارد، ولی در هنگام ساخت نانوذرات پالادیوم، آنها به هم می‌چسبند و ذرات بزرگ‌تر تشکیل می‌دهند، در نتیجه سطح ویژه آنها کاهش می‌یابد. با کاهش سطح ویژه، فعالیت کاتالیستی آنها نیز کاهش می‌یابد.

برای رفع این مشکل معمولاً در هنگام ساخت، به منظور جدا نگه‌داشتن نانوذرات پالادیوم از همدیگر، لیگاندهایی که قویاً به نانوذرات پیوند می‌دهند؛ به مخلوط اضافه می‌کنند. اما حذف این لیگاند‌ها آسان نیست، همچنین آنها قسمتی از سطح فعال کاتالیست را مسدود می‌کنند.

این محققان برای رفع این مشکل، لیگاندهای دیگری را مورد بررسی قرار دادند و در نهایت برای جداسازی این نانوذرات از همدیگر، از اُلی‌آمین که باآنها پیوند ضعیفی می‌دهد، استفاده کردند. بعد از پایان فرآیند ساخت، این لیگاندها می‌توانند به آسانی با استفاده از اسید استیک حذف شوند. با حذف این لیگاندها از روی سطح این نانوکاتالیست، سطح ویژه فعال آن 40 درصد افزایش می‌یابد.

این محققان سپس برای تست این نانوذرات جدید، آنها را تحت شرایط یک پیل سوختی قرار دادند. این پیل سوختی با تبدیل اسید فرمیک به دی‌اکسید کربن و آب، الکتریسیته لازم برای پرتوان‌ترین لپ‌تاپ کنونی را تولید می‌کرد. در مرحله بعد این نانوکاتالیست در 12ساعت 1500 بار چرخه شارژ تخلیه را طی کرد.

فعالیت کاتالیستی این نانوذرات دو برابر فعالیت کاتالیستی ذرات پالادیوم تجاری کنونی است. همچنین پایداری آنها چهار برابر پایداری این ذرات تجاری است. قیمت این کاتالیست نیز کسری از قیمت کاتالیست مبتنی بر پلاتین است.

نتایج این تحقیق در مجله‌ی JACS منتشر شده است.

رتقای کارایی پیل سوختی به‌وسیله‌ی فناوری نانو

به‌تازگی گروهی از دانشمندان از INRS در کانادا روشی ساده برای ساخت نانوسیم‌های پلاتینی تک‌بلوره در فاز آبی و در دمای اتاق ابداع کرده‌اند. در این روش مقرون‌به‌صرفه، این نانوسیم‌ها بر روی زیرلایه‌ای از نانوکره‌های دوده (کاتالیستی که معمولاً در پیل‌های سوختی استفاده می‌شود) ساخته می‌شوند.

پیل‌های سوختی مدرن این قابلیت را دارند تا صنعت حمل ‌و نقل را متحول کنند. وسایل نقلیه‌ی دارای پیل سوختی مانند وسایل نقلیه‌ی الکتریکی باتری‌دار نیروی محرکه‌ی خود را از موتورهای الکتریکی می‌گیرند. پیل‌های سوختی مورد استفاده در این خودروها، ابزارهای الکتروشیمیایی‌ای هستند که انرژی شیمیایی یک سوخت را بدون احتراق و با بازده بالایی، مستقیماً به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کنند.

یکی از گونه‌های ممتاز پیل سوختی که مشخصاً برای کاربردهای حمل‌ و نقل ابداع شده‌است، پیل سوختی غشایی مبادله‌ی پروتون (PEMFC) است که پیل سوختی غشایی الکترولیتِ پولیمری نیز نامیده می‌شود. این پیل‌های سوختی از طریق واکنش اکسایش الکتروشیمیایی هیدروژن و کاهش الکتریکی اکسیژنِ هوا راه‌اندازی می‌شوند. این پیل‌های سوختی در دماهای نسبتاً پایین (کمتر از ??? درجه‌ی سانتی‌گراد) کار کرده و به همین دلیل، به کاتالیست‌هایی نیاز دارند که در پتانسیل بالا، جریان‌های سودمندی تولید کنند (این نیاز در الکترود کاتد شدیدتر است). هم‌اکنون در اکثر نمونه‌های آزمایشی PEMFCها از الکتروکاتالیست‌های پلاتینی استفاده می‌شود، البته قیمت این فلز به‌دلیل عرضه‌ی محدود آن، گران و ناپایدار است و این امر، یکی از موانع اصلی در تجاری‌سازی PEMFCها به‌شمار می‌رود.

گرچه فناوری نانو با استفاده از نانوکامپوزیت‌ها، الکتروکاتالیست‌های غیر پلاتینی کارامدتر و غشاهای پردوام‌تر و مقاوم‌ در برابر حرارت، نویدبخش ظهور مواد دوقطبی ارزان در آینده‌ی نزدیک است؛ همچنان پلاتین یکی از موانع موجود بر سر راه تجاری‌سازی PEMFCها محسوب می‌شود. لذا وزارت انرژی ایالات متحده (DOE) به‌منظور استفاده از پلاتین در PEMFCها برای بخش خودروسازی حداکثرهایی را تعیین کرده‌است.

دکتر جین‌پول دودلت که همراه با گروهش، این روش را ابداع کرده‌اند، می‌گوید: «به‌منظور رسیدن به این حداکثر‌ها، لازم است تا عملکرد کاتالیست‌های پلاتینی پیل سوختی را ارتقا دهیم؛ به‌ویژه در کاتد که واکنش کاهش اکسیژن (ORR) در آن کند است، می‌توان این کار را با ادغام پلاتین با یک یا چند فلز دیگر انجام داد. از سوی دیگر، تحقیق ما نشان داده‌است که می‌توان عملکرد پلاتین در الکتروکاتالیزکردنِ ORR را با استفاده از نانوسیم‌های پلاتینی به جای نانوذرات پلاتینی متداول، ارتقا داد.»

استفاده از نانوکره‌های کربنی به‌عنوان زیرلایه موجب شده‌است تا این روش، روش مقرون‌به‌صرفه‌ای برای رشد نانوسیم‌های پلاتینی محسوب شود. نانوساختارهای حاصله (که در آنها یک نانوکره‌ی دوده در مرکز قرار گرفته و نانوسیم‌های پلاتینی به صورت شعاعی از روی سطح آن رشد می‌کنند) در ORR، نسبت به یک کاتالیست پلاتین/کربن مدرن (ساخته‌شده از نانوذرات پلاتین) عملکرد کاتالیستی بهتری دارند.

این محققان تصدیق می‌کنند که سازوکارهای رشد نانوسیم‌های شاخه‌‌شکلِ پلاتینی کاملاً شناخته‌شده نیست؛ با این حال، می‌توان طول این نانوسیم‌ها را از طریق تنظیم زمان کاهشِ مواد اولیه‌ی پلاتینی، کنترل کرد، همچنین می‌توان چگالی نانوسیم‌ها را بر روی نانوکره‌های کربنی از طریق تنظیم نسبت وزن مواد اولیه‌ی پلاتینی به وزن کربن، کنترل نمود.

دودلت افزود: «ما مشاهده کردیم که کاتالیست نانوسیمی پلاتینی ما از نظر فعالیت جرمی در مقایسه کاتد تجاری، ?? درصد فعال‌تر است، این در حالی است که مساحت سطح پلاتین در کاتالیست نانوسیمی، ?? درصد کمتر از مشابه تجاری خود بود. با در نظر گرفتن هر دو عامل، در محاسبات نشان داده شد که در شرایط یکسان، عملکرد کاتالیست نانوسیمی در ORR، سه ‌برابر بهتر از عملکرد کاتد تجاری است.» وی گفت که در آینده، نانوسیم‌هایی از جنس آلیاژهای پلاتین (ادغام‌شده با آهن، مس یا نیکل) را مورد بررسی قرار خواهند داد.

نتایج این تحقیق در نشریه‌ی Advanced Materials به چاپ رسیده‌است.

تیم شیمی در جستجوی به‌کارگیری فتوسنتز مصنوعی و نانولوله‌ها برای تولید هیدروژن