Είναι γεγονός ότι πολλές σημαντικές χημικές αντιδράσεις απαιτούν σπάνια και ακριβά μέταλλα ως καταλύτες. Ωστόσο, ερευνητές ανέπτυξαν μια νέα συσκευή, τον «καταλυτικό συμπυκνωτή», ο οποίος επιτρέπει σε κοινά μέταλλα, όπως το αλουμίνιο, να λειτουργούν σαν σπάνια, ακριβά καταλυτικά μέταλλα, καθιστώντας τις σχετικές βιομηχανικές διεργασίες φθηνότερες.
Ο λευκόχρυσος, το παλλάδιο, το ρόδιο και άλλα μέταλλα είναι βασικοί καταλύτες των αντιδράσεων που χρησιμοποιούνται για την κατασκευή υλικών και χημικών σε πολλές βιομηχανίες. Το πρόβλημα φυσικά είναι ότι αυτά τα μέταλλα είναι δύσκολο να βρεθούν και, ως εκ τούτου, μπορεί να γίνουν πολύ ακριβά, γεγονός που αυξάνει το κόστος του εξοπλισμού και των διαδικασιών παραγωγής, καθώς και των τελικών προϊόντων.
Νέα έρευνα, υπό την αιγίδα του Πανεπιστημίου της Μινεσότα, διαπίστωσε ότι με την προσθήκη ή την αφαίρεση ηλεκτρονίων, κοινά, φθηνά υλικά μπορούν να μετατραπούν, ώστε να έχουν μερικές από τις χρήσιμες επιφανειακές ιδιότητες των ακριβών καταλυτικών μετάλλων. Μια νέα συσκευή, την οποία οι ερευνητές ονόμασαν «καταλυτικό συμπυκνωτή» μπορεί να κάνει ακριβώς αυτό.
«Τα άτομα δε θέλουν πραγματικά να αλλάξουν τον αριθμό των ηλεκτρονίων τους, αλλά ο καταλυτικός συμπυκνωτής, μας επιτρέπει να καθορίζουμε τον αριθμό των ηλεκτρονίων στην επιφάνεια του καταλύτη. Αυτό ανοίγει μια εντελώς νέα ευκαιρία για τον έλεγχο της χημείας και την παραγωγή άφθονων υλικών τα οποία θα λειτουργούν ως καταλυτικά υλικά», δήλωσε ο Paul Dauenhauer, επικεφαλής ερευνητής στη μελέτη.
Για να ρυθμίσει τον αριθμό των ηλεκτρονίων σε ένα υλικό, ο καταλυτικός συμπυκνωτής αποτελείται από μια σειρά λεπτών μεμβρανών, διατεταγμένων σε στρώματα. Το πάνω στρώμα είναι ένα στρώμα αλούμινας (οξείδιο του αλουμινίου) πάχους 4nm, το οποίο εναποτίθεται σε ένα στρώμα γραφενίου, με έναν μονωτή κάτω από αυτό και έναν αγωγό ως υπόστρωμα. Όταν εφαρμόζεται τάση στα στρώματα γραφενίου και αγωγού, προκαλείται εμφάνιση ηλεκτρικού φορτίου στην αλούμινα. Αυτό αλλάζει τις επιφανειακές της ιδιότητες, επιτρέποντας της να δρα σαν καταλύτης, με απόδοση πολύ ανώτερη από εκείνη που έχει σε κανονική κατάσταση.
Ο συγκεκριμένος καταλύτης αλούμινας μπορεί να τροποποιηθεί ρυθμίζοντας την εφαρμοζόμενη τάση, τη σύνθεση του μονωτικού στρώματος ή συμπεριλαμβάνοντας διαφορετικά πρόσθετα στο ενεργό στρώμα. Οι ερευνητές λένε ότι παραλλαγές σε αυτές τις συσκευές θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν σε μια σειρά βιομηχανιών, για την εκτέλεση διαφορετικών αντιδράσεων ανάλογα με τις ανάγκες.
«Βλέπουμε τον καταλυτικό συμπυκνωτή ως μια πλατφόρμα τεχνολογίας που μπορεί να εφαρμοστεί σε μια σειρά από βιομηχανικές εφαρμογές. Οι βασικές ιδέες σχεδίασης και τα νέα στοιχεία μπορούν να τροποποιηθούν σε σχεδόν οποιαδήποτε χημεία μπορούμε να φανταστούμε», εξηγεί ο Dan Frisbie, συγγραφέας της μελέτης.
Με πληροφορίες από newatlas.com
