كشف باحثون من جامعة فيرجينيا في الولايات المتحدة عن مواقع نشطة فريدة وجدت على ركيزة ثاني أكسيد التيتانيوم من خلال القياسات الطيفية والنظرية.
كشف باحثون من جامعة فيرجينيا في الولايات المتحدة عن مواقع نشطة فريدة وجدت على ركيزة ثاني أكسيد التيتانيوم من خلال القياسات الطيفية والنظرية.
تُستخدم المحفزات في مجموعة واسعة من المجالات، بما في ذلك تحويل النفط والمصادر المتجددة إلى وقود، وكذلك لإنتاج المنتجات البلاستيكية والأسمدة والدهانات والمذيبات والأدوية وغيرها. يعتمد حوالي عشرين بالمائة من المنتجات المنزلية في الولايات المتحدة على المحفزات لبدء التفاعلات الكيميائية اللازمة لصنع المنتجات.
المحفزات هي المواد التي تنشط التفاعلات الكيميائية الضرورية دون أن تتغير نفسها أثناء العملية. تسمح هذه الخاصية باستخدام المحفزات مرارًا وتكرارًا نظرًا لعدم استهلاكها أو تآكلها أثناء التفاعلات الكيميائية التي تشارك فيها. لقد نجح الكيميائيون منذ فترة طويلة في اكتشاف وتطوير العديد من المحفزات وما زالوا يفعلون ذلك، على الرغم من أن التفاصيل الدقيقة لآليات عملها ليست مفهومة تمامًا دائمًا.
يصف بحث جديد أجري في جامعة فيرجينيا لأول مرة على الإطلاق نوعًا جديدًا من المواقع الحفزية حيث يحدث تفاعل الأكسدة الحفزية، وبالتالي يلقي ضوءًا جديدًا على الأعمال الداخلية للعملية. ونُشر البحث، الذي أجراه جون ييتس، أستاذ الكيمياء، في المجلة العلمية المرموقة Science.
ويشير الباحث إلى أن الاكتشاف الجديد له آثار على فهم الحفز في مجموعة متنوعة من المواد، حيث أن التحفيز بالأكسدة ضروري لعدد من التطبيقات التكنولوجية.
يوضح الباحث: "لدينا الآن أدوات تجريبية، مثل أجهزة قياس الطيف، وأدوات نظرية، مثل الكيمياء الحاسوبية، والتي تسمح لنا اليوم بدراسة التحفيز على المستوى الذري". "نحن قادرون على التركيز داخل الآلية وتحديد النقطة الدقيقة بكفاءة أعلى من أي وقت مضى. نتائج هذه الدراسة يمكن أن تكون مفيدة لتطوير المحفزات لجميع أنواع التفاعلات الحفزية."
وباستخدام ركيزة من ثاني أكسيد التيتانيوم توضع عليها جزيئات الذهب النانوية، وجد الباحثون موقعًا خاصًا يعمل كمحفز في المنطقة الطرفية لثاني أكسيد الذهب والتيتانيوم.
يوضح الباحث: "الموقع مميز لأنه يشارك في ربط جزيء الأكسجين بذرة الذهب وذرة التيتانيوم القريبة الموجودة أعلى الركيزة". "لا يُظهر الذهب ولا ثاني أكسيد التيتانيوم هذا النشاط التحفيزي عند دراستهما بشكل منفصل."
وباستخدام القياسات الطيفية جنبًا إلى جنب مع النظرية، تمكن فريق البحث من تتبع التحولات الجزيئية المحددة وتحديد مكان حدوثها بدقة على المحفز. وأثبت الباحثون أن النشاط التحفيزي الكبير يحدث في مواقع محددة تتشكل في المنطقة المحيطية بين جزيئات الذهب وركيزة التيتانيوم الخاصة بها. ويشير الباحث إلى أنه "نحن نطلق عليه اسم الموقع التحفيزي المزدوج نظرًا لوجود ذرتين مختلفتين فيه".
ولاحظوا أن جزيء الأكسجين يرتبط كيميائيًا بذرة الذهب الموجودة في نهاية العنقود الذهبي وبذرة تيتانيوم قريبة في ركيزة التيتانيا ويتفاعل مع جزيء أول أكسيد الكربون للحصول على ثاني أكسيد الكربون. وباستخدام التحليل الطيفي، تمكن الباحثون من متابعة استهلاك أول أكسيد الكربون في الموقع المزدوج.
يوضح الباحث: "هذا الموقع المحدد فريد من نوعه وهو مسؤول عن بدء تنشيط جزيء الأكسجين الذي يخضع لتفاعل أكسدة على الركيزة المحفزة". "هذه عائلة جديدة من المواقع النشطة غير المكتشفة من قبل."
תגובה אחת
فهم منخفض جدًا للإنسانية في الكيمياء. من المستغرب بعض الشيء.
ويترتب على ذلك أنه لا يوجد حاليًا فهم لسبب إنشاء الحفز في مكان إنشائه بشكل عام. وهذا يعني أن هناك شيئًا أساسيًا جدًا في الكيمياء هنا غير مفهوم على الإطلاق. لا توجد أداة برمجية نظرية تعرف كيفية نمذجة الذرات والجزيئات بشكل عام والقوى المحيطة بها؟ ومن ثم نستنتج مسبقًا أين ستكون مواقع النشاط...
نحن نعرف فقط كيفية تخمين المكان الذي ستكون فيه المواقع النشطة بناءً على الخيال للحالات المألوفة. وكل ما تمكنوا من فعله الآن هو تحديد موقع موقع آخر. ولم يفهموا على الإطلاق سبب تشكله في مكان تشكله أو كيفية مشاركته في تسريع التفاعل. أنا أفهم ذلك أليس كذلك؟