پژوهشگران چینی با استفاده از یک تکنیک نوآورانه پلاسما در محیط آبی موفق به تولید نانوذرات آلیاژ پرآنتروپی پایدار شده‌اند که می‌تواند دی‌اکسید کربن را به طور موثرتری به مونوکسید کربن تبدیل کند. این آلیاژ شامل پنج فلز با نسبت‌های تقریبا برابر است و سنتز آن در مقیاس نانو همواره یکی از چالش‌های اصلی پژوهشی در این حوزه بوده است.
به گزارش interesting engineering، در این روش پلاسما بین دو میله آلیاژی غوطه‌ور در یک حمام آب ایجاد می‌شود و ذرات اکسیدی مانند TiO₂ در محلول وجود دارند. الکترون‌ها و یون‌های پرانرژی بخش‌های کوچکی از سطح آلیاژ را ذوب می‌کنند و قطرات حاصل در آب سریعا سرد می‌شوند، قبل از آن که فلزات از یکدیگر جدا شوند. ذرات اکسیدی معلق این قطرات را جذب کرده و از ادغام آنها جلوگیری می‌کنند. نتیجه نهایی تولید نانوذرات تقریبا کروی با قطر حدود ۲۰۰ نانومتر است که به طور محکم روی سطح پشتیبان قرار دارند و ترکیب پنج فلزی اصلی خود را حفظ می‌کنند.
تحلیل‌های شیمیایی نشان می‌دهد که هر نانوذره دارای یک هسته فلزی و پوشش اکسیدی غنی از کروم و منگنز است. این پوسته خودمحافظ از اکسید شدن بیشتر جلوگیری می‌کند و پایداری نانوذرات را در طول واکنش‌ها تضمین می‌کند. آزمایش‌های کاتالیزوری با استفاده از TiO₂ به عنوان پشتیبان نشان می‌دهد که این آلیاژ قادر است دی‌اکسید کربن و هیدروژن را تنها به مونوکسید کربن تبدیل کند. تحت تابش نور نرخ واکنش به ۱۷.۵۵ میلی‌مول بر گرم در ساعت می‌رسد و پس از اصلاح نسبت به محتوای آلیاژ این مقدار به ۲۹۸.۱ میلی‌مول بر گرم نانوذره در ساعت افزایش می‌یابد؛ این عملکرد بسیار بالاتر از کاتالیزور‌های تک‌فلزی است. نور همچنین انرژی فعال‌سازی واکنش را کاهش می‌دهد و آن را آسان‌تر می‌کند. آزمایش‌های ایزوتوپی تایید کردند که کربن موجود در محصول به طور کامل از CO₂ تامین می‌شود.
طیف‌سنجی‌ها نشان می‌دهند که CO₂ روی سطح نانوذرات جذب شده و به صورت ترکیبات واسطه‌ای آماده واکنش درمی‌آید. نتایج فتوالکترون پرتو ایکس (XPS) نشان می‌دهد که کبالت و نیکل در نور غنی از الکترون و کروم و منگنز فقیر از الکترون می‌شوند، در حالی که آهن نقش انتقال بار را ایفا می‌کند. همچنین اندازه‌گیری‌های رامان حرکت اکسیژن تولیدشده روی سطح را ردیابی کرده و نشان می‌دهند که اکسیژن به سمت اکسید‌های کروم و منگنز حرکت می‌کند و فعالیت کاتالیزور را حفظ می‌کند.
به گفته پژوهشگران دانشگاه نورمال شمال شرقی در چانگچون، مدل‌سازی‌ها و آزمایش‌ها روی سایر پشتیبان‌ها نیز نشان داده است که این روش می‌تواند کاتالیزور‌هایی پایدار، کارآمد و مبتنی بر نور برای تبدیل CO₂ ایجاد کند. جزئیات این تحقیق در نشریه Advanced Materials منتشر شده است.
انتهای پیام/