روشی جدید برای پیش بردن واکنش‌های شیمیایی

به گزارش پایگاه خبری تحلیلی خطوط، روش‌های زیادی برای شروع واکنش‌های شیمیایی در مایعات وجود دارد، اما قرار دادن الکترون‌های آزاد به طور مستقیم در آب، آمونیاک و سایر محلول‌های مایع به ویژه برای شیمی سبز جذاب است، زیرا الکترون‌های حل شده ذاتاً تمیز هستند و پس از واکنش از خود چیزی به جای نمی‌گذارند.

از نظر تئوری، از الکترون‌های حل شده می‌توان با خیال راحت و پایدار برای تجزیه دی اکسید کربن یا آلاینده‌های شیمیایی در آب آلوده استفاده کرد، اما استفاده از این امر غیر عملی بوده، زیرا تهیه آن‌ها به صورت خالص دشوار و گران است.

در مقاله منتشر شده در مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم، محققان مرکز تطبیق نقص‌ها با ویژگی‌ها (CAFF) از ساز و کار یک فرآیند مشهور و کمتر شناخته شده، پرده برداشتند، فرآیندی که از طریق برهمکنش میان نور و فلز، الکترون‌های حل شده را تولید می‌کند.

هنگامی که نور به یک نانوذرات فلزی یا نواقص نانو در سطح فلز بزرگتر حمله می‌کند می‌تواند امواج الکترون به نام پلاسمون را تحریک کند. اگر این امواج با فرکانس پلاسمون‌های همسایه مطابقت داشته باشد می‌توانند یکدیگر را تقویت کنند. در حالی که تحقیقات قبلی نشان می‌داد که رزونانس پلاسمونی می‌تواند الکترون‌های حل شده را تولید کند، محققان CAFF اولین کسانی هستند که به صورت شفاف و کمّی این فرآیند را تشریح کردند.

نویسنده اول این مقاله و همکارانش نشان دادند که می‌توانند با تابش نور بر روی الکترود‌های نقره معلق در آب، الکترون‌های حل شده را بسازند. آن‌ها سپس نشان دادند که می‌توانند با پوشش دادن الکترود‌ها با نانوذرات نقره، عملکرد الکترون‌های حل شده را ده برابر افزایش دهند.

وی گفت: ساختن الکترون‌های حل شده در مقادیر زیاد بسیار چالش برانگیز است. نتایج ما از نظر کمی نشان می‌دهد که چگونه نانوساختار‌های سطوح الکترود می‌تواند واقعاً سرعت تولید الکترون‌های حل شده را افزایش دهد. این موضوع به طور بالقوه می‌تواند روش‌های جدیدی را برای پیش بردن واکنش‌های شیمیایی ارائه دهد.

الکترون‌های حل شده که اساساً الکترون‌های آزادانه شناور در محلول مانند آب هستند می‌توانند به طور بالقوه با دی اکسید کربن واکنش نشان دهند و آن را به مولکول‌های مفید دیگر، از جمله سوخت‌ها تبدیل کنند. این الکترون‌ها همچنین می‌توانند با جایگزینی فرآیند صنعتی سنگین سوخت فسیلی برای تولید کود‌های مبتنی بر آمونیاک با جایگزین سبزتر، به کاهش انتشار گاز‌های گلخانه‌ای کمک کنند. برای تصفیه آب آلوده، می‌توان از آن‌ها برای تجزیه آلاینده‌های شیمیایی مانند نیترات، کلرید‌های آلی، رنگ و مولکول‌های مآروماتیک استفاده کرد.

این محقق در ادامه افزود: یک چالش اساسی باقی مانده است. چیدمان ساختار نانوذرات نقره در آزمایش‌های ما به طور تصادفی بود. مرحله بعدی بهینه‌سازی این ساختار‌ها است./ صدا و سیما