تبدیل نور خورشید به دیاکسید کربن با نانومکعبهای فلزی
مجله علمی ایلیاد - محققین دانشگاه دوک روشی یافتهاند که با استفاده از نانومکعبهای فلز رودیم بهعنوان کاتالیزور، دیاکسید کربن را به سرعت و با بازده بالا به متان تبدیل میکند. این روش برای بررسی امکان استفاده در کاربردهای مختلفی از سفرهای فضایی تا شیمیِ محیط زیست در حال توسعه است.
رفتار فلز رودیم بسیار شبیه به پلاتین و ایریدیوم است. در واقع مانند پلاتین، ترکیبی معمول در مبدلهای کاتالیزوری سه فازی خودرو به حساب میآید. در حالت جامد، فعالیت کاتالیزوری ترکیب رودیم و پلاتین برای تصفیهی اکسیدهای نیتروژن و سموم مشابه و همچنین جلوگیری از تشکیل دود در اگزوز خودرو به کار میرود.
با این حال نانومکعب داستان متفاوتی دارد. نظم فوقالعادهی آنها به دانشمندان اجازه میدهد تا با دقت بتوانند استوکیومتری واکنشهای کاتالیزوری را بررسی کنند. با این حال چیزی که نانومکعبهای رودیم را خاص کرده این است که با وجود آنها میتوان واکنش را قابل تنظیم کرد. به ندرت اتفاق میافتد که واکنشی شیمیایی محصول صددرصد خالص تولید کند. برخی مواقع انجام واکنش در دماهای بالاتر ممکن است منجر به تولید محصولات باکیفیتتری شود، ولی همیشه این کار قابل پیشبینی نیست. نانومکعبهای رودیم این عملیات را قابل پیشبینی میکند.
«هنری اوریت»، سخنگوی این پروژه میگوید: «ما دریافتیم وقتی نور را به نانوساختارهای رودیم میتابانیم، میتوانیم باعث شویم واکنش شیمیایی بیشتر به یک جهت خاص حرکت کند. بنابراین ما دریافتیم کاری که حرارت دادن نمیتواند برای پیشبرد واکنش در مسیر دلخواه انجام دهد، توسط نور قابل دستیابی است.»
اوریت اذعان دارد که نانوذراتِ فلزی میتوانند مانند آنتنهای کوچک، نورهای مرئی و فرابنفش را به خوبی جذب کنند و کارهای متنوعی مانند تولید میدانهای الکتریکی پرقدرت انجام دهند. این حقیقت که نور مرئی و فرابنفش میتواند قدرت کاتالیزوری نانومکعب را فعال کند بسیار سودمند است؛ بدین معنی که این فرآیند میتواند در نور خورشید انجام شود. سخت است بتوانید چیزی را با انرژی ارزانتر از این کار تصور کرد. صرفهجویی این کار محدود به انرژی نیست. کاتالیزورهای نانومکعب میتوانند مصرف مواد اولیهی واکنش را نیز کاهش دهند.
«ژیائو ژانگ» بهعنوان همکار در این پروژه میگوید: «اگر واکنش انتخابپذیری ۵۰ درصدی داشته باشد، هزینهی آن دو برابر زمانی است که انتخابپذیری ۱۰۰ درصد باشد. اگر انتخابپذیری خیلی بالا باشد، وقت و انرژی کمتری برای خالص کردن محصولات هدر خواهد رفت.»
در وهلهی اول چرا ما باید به رودیم بهعنوان کاتالیزور برای این فرآیند اهمیت دهیم؟ متان یکی از سوختهای راکت SpaceX برای سفر به مریخ است. از آنجا که باید متان با مواد اولیهی موجود در مریخ به راحتی تولید شود، اهمیت روش کشف شده قابل درک است. پس خیلی عجیب نیست که آقای «ماسک» (سرمایهدار آمریکایی-کانادایی و حامی مالی پروژههای متعدد علمی و فنآوری) به نانومکعبهای رودیم علاقه نشان دهد و شرکتی را برای ساخت آنها به استخدام خود درآورد.
هر چند که واکنش تبدیل دیاکسید کربن به متان میتواند باعث کم کردن غلظت دیاکسید کربن در هوا و تمیزی هوا باشد، هنوز مشکل بزرگی در استفاده از این زنجیرهی کربنی وجود دارد. گاز متان به نسبت دیاکسید کربن حالت گلخانهای بیشتری دارد و تبدیل دیاکسید کربن به متان باعث افزایش ذخیرهی متان شده و نیازمند نظارتهای قانونی جدی است.
نوشته: جسیکا هال
ترجمه: مجله علمی ایلیاد