Araştırmacılar, argon plazma kullanarak metal atomların dağıtılabileceğini ve istenen pozisyonlara yönlendirilebileceğini gösterdiler. Bu yeni strateji, tek bir atomun boşa gitmemesini ve nadir ve değerli metallerin kullanımını en üst düzeye çıkarmasını sağlar.
Yayınlanan bir çalışmada İleri BilimNottingham Üniversitesi, Birmingham Üniversitesi, Diamond Light Source ve EPSRC süper-Sergi, karbon yüzeylerdeki mühendis kusurlarına hızlı argon iyonlarının kullanıldığının, metal atomlarının ultra ince, tek katmanlı metal kümelerine bağlanmasına ve kendi kendine bir araya gelmesine izin vererek, alt nanometre boyutunun alışılmadık 2d metal adaları oluşturmasına izin verir.
Endüstri kataliz için metal kullanır, ancak bu metallerin bazıları değerli ve nadirdir. Sürdürülebilir bir gelecek sağlamak için maksimum verimliliğe sahip metallerin kullanılması hayati önem taşır. Hidrojen üretimi gibi yeşil teknolojiler çok hızlı ilerliyor, ancak kritik unsurların sınırlı arzına baskı yapıyorlar ve gezegende çevresel krizler yaratıyorlar.
Nottingham Üniversitesi Kimya Okulu’ndan yapılan çalışmada deneyci Dr. Emerson Kohlrausch, “Her atom önemlidir. Değerli ve nadir metaller temiz enerji ve endüstriyel kataliz için hayati önem taşıyor, ancak arzları sınırlı. Tek bir atomun boşa gitmemesini sağlamak için ölçeklenebilir bir strateji geliştirdik.”
Elemente özgü koşullar veya kimyasal katkılar gerektiren geleneksel yaklaşımların aksine, ekibin yöntemi, bir karbon yüzeyinde argon iyon bombardımanı tarafından oluşturulan küçük delikler, evrensel bağlanma bölgeleri olarak atomik “boşluklardan” yararlanır. Bu kusur bölgeleri, metal atomlarını güçlü bir şekilde sabitleyen ve daha büyük ve daha az verimli 3D nanopartiküller oluşturmalarını önleyen atomik tuzaklar olarak hareket eder.
Dikkat çekici bir şekilde, yöntem, gümüş ve altın gibi kontrol edilmesi zor metaller de dahil olmak üzere 21 farklı unsurda etkili olduğunu kanıtladı. Profesör Andrei Khlobystov, “Bu tek bedene uyan bir çözüm” diyor. “Her atomun tam olarak istediğimiz yerde olduğu mono, bi-, hatta üç metalik atom katmanları yaratabiliriz. Bu kontrol seviyesi benzeri görülmemiş.”
Teorik modellemeye öncülük eden Dr. Sadegh Ghaderzadeh, yaklaşımın zarafetini vurgular: “Bu yöntemi bu kadar dikkat çekici kılan, karmaşık kimyasal reaksiyonlara dayanmak yerine, atomların fiziksel hareketini bir yerden başka bir değişken sayısını önemli ölçüde azaltarak, bu materyallerin oluşumunu önemli ölçüde azaltarak, bu nedenle, bu materyalleri daha da azaltabilir, bu nedenle, yeni bir şekilde yeniden yaratılabilir.”
İnovasyon sadece atomları yakalamak için değil, aynı zamanda saha pasivasyonunu önleyen bozulmamış, çözücü ve havasız koşullar altında da yatmaktadır.
“Bunu bu kadar güçlü ama çok zorlaştıran şey, yüzeyde oldukça reaktif bölgeler yaratmamız ve sıkı kontrollü koşullar altında metal atomlarını serbest bırakmamızdır. Bu aşamada, hem atomlar hem de yüzey son derece kararsız ve reaktiftir.
Kohlrausch, “Hafif bir kontrol kaybı bile yanlış bir metal konfigürasyonuna yol açabilir, ancak doğru koşullarla, atomlar kalıcı olarak yerine kilitleniyor. Bu, bir şişede, sadece atom ölçeğinde şimşek yakalamak gibidir.”
Bu tek katmanlı metal kümelerin (SLMC’ler) uygulamaları daha verimli hidrojen üretimi ve amonyak sentezinden co₂ dönüşüm ve enerji depolamaya kadar uzanmaktadır. Araştırmacılar, NM² başına 4,3 atoma kadar rekor yuva yoğunlukları elde ettiler ve 16 aydan fazla ve katalitik ortamlarda havada stabilite kanıtladılar.
Proje lideri Dr. Jesum Alves Fernandes, “Herhangi bir yüzeyde 2D metal katalizörü gerçekleştiriyoruz” diyor. “Vizyonumuz, her bir atomun aktif ve çalıştığı materyalleri tasarlamaktır ve hiçbir şeyin boşa gitmediği. Kataliz bu şekilde gerçekten yeşil hale getiriyoruz.”
