Karbon dioksit geri dönüşümü için bir avantaj: Altın nanopartiküller
21. yüzyıl simyacılarının hayali: Dünyayı ele geçirmiş bir sera gazı olan karbon dioksiti yakıt ve yararlı endüstriyel kimyasallara dönüştürmek. Bu hayalle yola çıkan Brown Üniversitesi araştırmacıları ince ayarlı altın nanopartiküllerle çalışılabileceğini gösterdiler. İşin sırrı reaksiyon için aktif bölgelerin boyutunu ayarlamakta…
Araştırmacılar sadece altın nanopartiküllerin doğru boyutta ayarlanması ile karbon dioksiti karbon monoksite (Yakıt ve ticari ürün için aktif olarak kullanılabilen bir karbon molekülü) seçici çevirebilen bir katalizör geliştirdiler.
Başyazar Prof. Shouheng Sun ‘’Çalışmamız karbon dioksiti yararlı hale dönüştürülmesinde nanopartiküllerin dikkatli bir şekilde tasarlanmasının önemli olduğunu gösteriyor. Daha işin başlangıcındayız fakat sonraları bu teknoloji ticari uygulamalarda büyük söz sahibi olacaktır.’’ diye belirtiyor.
Karbon dioksit geri dönüşüm fikri çok cazip fakat önünde bir takım engeller var. Son derece kararlı yapıya sahip olan karbon dioksit molekülünü işe yarar hale getirmek için karbon monoksit gibi aktif forma dönüştürmek gerekiyor. Karbon monoksit; sentetik doğalgaz, metanol ve diğer alternatif yakıtları üretmek için kullanılıyor.
Karbon dioksiti karbon monoksite dönüştürmek o kadar da kolay bir işlem değildir. Önceki çalışmalarda altın kaplama yapılmış katalizörlerin bu dönüşümde etkili olduğu gösterilmiş fakat verim alınamamıştır. Altın hem karbon dioksit hem de çözücü ortam olan su ile tepkime verir. Hatta arzu edilen karbon monoksit yerine yan ürün olan hidrojen oluşturma eğilimindedir.
Sun ile lisansüstü öğrencisi Wenlei Zhu önderliğindeki Brown deney ekibi, altının nano boyuta indirgendiğinde karbon dioksit seçiciliğinin ne durumda değişeceğini gözlemlemeyi planladılar. Sonucunda nanopartiküllerin gerçekten daha seçici olduğunu fakat burada parçacık boyutunun önem arz ettiğini saptadılar. Sekiz nanometre boyutundaki parçacıklar, karbon dioksitten karbon monoksit dönüşüm oranını %90 verim ile en iyi seçiciliği sağlamışlardır. Çalışılan diğer boyutlarda (4, 6 ve 10 nm) çok iyi verim alınamamıştır.
Makale başyazarı Prof. Andrew Peterson ‘’Başlangıçta sonuçlar çok kafa karıştırıcıydı. Parçacık boyutunu küçülttükçe verim arttı ancak 8 nm den sonra verim azalmaya başladı.’’
Ne olup bittiğini anlamak için Peterson ve doktora sonrası araştırmacı Ronald Michalsky yoğunluk fonksiyonel teorisi adı verilen modelleme yöntemi kullandılar. Sonuç olarak farklı boyutlarda parçacık şekillerinin katalitik özellikleri etkilediğini göstermeyi başardılar.
Peterson olayı şöyle açıklamakta: ‘’Bir küreyi alıp onu çok daha küçük boyutlara getirdiğiniz zaman aslında çokta fazla düzgün olmayan yapılar (yüzey, kenar, köşe oranları bakımından) elde edersiniz. Köşe bölgeleri çoğunlukla yan ürün olan hidrojen verirken, kenar bölgelerin karbon dioksittin karbon monoksite dönüşümü için en aktif bölgeler olduğunu tespit ettik. Yani şöyle; parçacıkları küçültmeye başladığımızda verim artmaya başlar çünkü kenar bölge sayısı fazla fakat köşe sayısı azdır. Küçültmeye devam ettikçe kenarlar azalmaya başlayacak ve elimimizde sadece köşeler kalacaktır. ‘’
Araştırmacılar katalizörün hangi bölgesinin etkin olduğunu tam olarak belirlediler, şimdi ise bu durumu daha da verimli hale getirmeye çalışıyorlar. Peterson ‘’ Daha geliştirilmesi için uzun bir yol var. Yeni parçacıklar üzerinde bu aktif bölgeleri en üst düzeye çıkarmayı planlıyoruz.’’ diye belirtiyor.
Araştırmacılar bu bulguların ticari anlamda yeni ve önemli bir yol olacağına inanmaktalar.
Sun bulguların ticari önemini şöyle belirtiyor: ‘’Nano boyutta çalıştığımızdan dökme metal katalizörlere oranla daha az altın kullanmaktayız. Bu da daha az maliyet ve büyüme potansiyeli sağlar.’’
Bulgular American Chemical Society Dergisi’nde yayınlanmıştır.
Çalışma National Science Foundation tarafından finanse edilen Brown – Yale Kimyasal İnovasyon Merkezine(CCI) hibe edilmiştir. Diğer yazarlar Önder Metin, Haifeng Lv, Shaojun Guo, Christopher Wright ve Xiaolian Sun.
Kaynak : sciencedaily.com
