يستخدم فريق مشترك من الباحثين من العديد من المختبرات والجامعات في الولايات المتحدة الأساليب المستخدمة في إنتاج الرقائق الدقيقة لبناء "أوعية" نانومترية تحمي المحفزات المعدنية الصغيرة من الظروف القاسية الموجودة في تكرير الوقود الحيوي.
يستخدم فريق مشترك من الباحثين من العديد من المختبرات والجامعات في الولايات المتحدة الأساليب المستخدمة في إنتاج الرقائق الدقيقة لبناء "أوعية" نانومترية تحمي المحفزات المعدنية الصغيرة من الظروف القاسية الموجودة في تكرير الوقود الحيوي. بالإضافة إلى ذلك، يمكن تعديل حجم وشكل وتركيب هذه الأوعية النانوية وتغييرها من أجل زيادة كفاءتها ووظيفتها.
في السنوات الأخيرة، تم اختبار الجسيمات النانوية من المعادن مثل البلاتين والإيريديوم والبلاديوم المثبتة على أسطح أكسيد المعادن كمحفزات تحول الكتلة الحيوية - المادة العضوية الموجودة في نباتات مثل الذرة وقصب السكر والذرة الرفيعة - إلى وقود بديل. لسوء الحظ، في ظل الظروف الشائعة حيث يمكن أن تصل درجة حرارة السوائل إلى 200 درجة مئوية وضغط يصل إلى 4000 كيلو باسكال، يمكن للجسيمات المعدنية النانوية الصغيرة أن تتجمع في مجموعات جسيمية أكبر تفقد نشاطها التحفيزي. بالإضافة إلى ذلك، قد تؤدي هذه الظروف القاسية إلى تحطيم الركيزة نفسها.
يوضح الباحث الرئيسي: "كان علينا تطوير طريقة تحمي المحفزات دون الإضرار بقدرتها على العمل بشكل صحيح أثناء عملية التقطير". "كان الحل الذي توصلنا إليه هو استخدام ترسيب الطبقة الذرية (ALD)، وهي عملية تستخدم على نطاق واسع في صناعة أشباه الموصلات لوضع طبقات أحادية الذرة على الركيزة، لبناء "أوعية نانوية" حول الجسيم المعدني."
من أجل إنشاء هيكل من الأوعية النانوية التي تتضمن المحفزات النشطة، استخدم الباحثون أولاً عملية ALD لوضع ملايين الجسيمات النانوية المعدنية (والتي ستصبح في النهاية الجسيمات النانوية) على سطح الركيزة. وكانت الخطوة التالية هي إضافة مواد عضوية ترتبط فقط بالجسيمات المعدنية النانوية وليس بالركيزة. تعمل مجموعات الحماية الكيميائية هذه بمثابة القالب الذي تتشكل حوله الأوعية النانوية.
يوضح أحد الباحثين المشاركين: "من أجل تحديد شكل الأوعية النانوية في الركيزة، استخدمنا عملية ALD مرة أخرى، ولكن هذه المرة وضعنا، طبقة تلو الأخرى، مادة غير عضوية [خامس أكسيد النيوبيوم] حول المجموعات الواقية". في المشروع. "بمجرد أن وصلنا إلى الشكل (السُمك) الذي أردناه، قمنا بإزالة المجموعات الواقية وتركنا الجسيمات النانوية محمية داخل الأوعية النانوية، حتى لا تتجمع معًا لتشكل مجاميع غير نشطة.
يوضح الباحث الرئيسي أنه يمكن تصنيع الأوعية النانوية نفسها بحيث يمكنها زيادة الوظيفة العامة لطبقة المحفز. "على ارتفاع معين، يمكننا وضع طبقات من المواد النشطة تحفيزيًا على جدران الأوعية النانوية لإنشاء محفز مساعد يعمل جنبًا إلى جنب مع المحفزات النانوية. بالإضافة إلى ذلك، من خلال الاختيار الدقيق لمجموعة الحماية العضوية، يمكننا ضبط حجم وشكل تجاويف الأوعية النانوية بحيث تتكيف بدقة مع جزيئات محددة موجودة في خليط الكتلة الحيوية.
تعليقات 2
جزيء السكر ليس شيئاً بسيطاً على الإطلاق، لكنه لا يبدو كذلك على الإطلاق!!
كنت أعتقد دائمًا أن جزيء السكر شيء بسيط، ولم أكن أعلم أنه مصنوع من رقائق للكشف عن الحالة الكمومية للإلكترون.