दोष निष्क्रिय सामग्री को उपयोगी, सक्रिय बना सकते हैं

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दोष निष्क्रिय सामग्री को उपयोगी, सक्रिय बना सकते हैं

हेक्सागोनल बोरॉन नाइट्राइड की जाली संरचना में दोषों को फोटोल्यूमिनेशन के साथ पता लगाया जा सकता है। शोधकर्ता सामग्री पर रंग या ऊर्जा के साथ प्रकाश चमकाते हैं और दोष से एक अलग रंग प्राप्त करते हैं। इसके अलावा, आंकड़ा दिखाता है कि ये दोष हाइड्रोजन बुलबुले उत्पन्न करते हैं जिनमें उत्प्रेरक अणु होते हैं (रिक्त स्थान से जुड़े भूरे और काले रंग के गोले)। श्रेय: एलिजाबेथ फ्लोर्स-गोमेज़ मरे, यू लेई और कज़ुनोरी फुजिसावा, पेन स्टेट

शोधकर्ताओं की अंतर्राष्ट्रीय टीम के अनुसार, अनुप्रयोगों की एक विस्तृत श्रृंखला के साथ उत्प्रेरक के एक नए वर्ग की संभावना है, यह दर्शाता है कि हमेशा रासायनिक रूप से निष्क्रिय, हेक्सागोनल बोरॉन नाइट्राइड (एचबीएन), रासायनिक रूप से सक्रिय हो सकता है।


एचबीएन एक स्तरित सामग्री है और मोनोलयर्स को किसी भी अन्य द्वि-आयामी सामग्री, ग्रैफेन की तरह ही छूटा जा सकता है। हालाँकि, दोनों के बीच एक बड़ा अंतर है।

पेन में भौतिकी में पोस्टडॉक्टरल फेलो यू लेई ने कहा, “जबकि एचबीएन की संरचना ग्रैफेन के समान होती है, बोरॉन और नाइट्राइड परमाणुओं के बीच मजबूत ध्रुवीय बंधन एचबीएन को ग्रैफेन से अलग बनाता है क्योंकि यह रासायनिक रूप से निष्क्रिय और उच्च तापमान पर थर्मल रूप से स्थिर होता है।” राज्य . में प्रकाशित अध्ययन के सह-लेखक सामग्री आज।

यदि एचबीएन रासायनिक रूप से सक्रिय था और निष्क्रिय नहीं था, तो यह इसके लिए और अधिक उपयोग करने में सक्षम होगा, जिसमें उपयोगी, लागत प्रभावी उत्प्रेरक समर्थन जैसे ग्रैफेन शामिल है। यह व्यावहारिक अनुप्रयोगों के लिए उपयोगी होगा जैसे कार्बन को गैसोलीन से चलने वाले ऑटोमोबाइल में परिवर्तित करना या अन्य उत्पादों में ग्रीनहाउस गैसों को कम करने में मदद करना।

मिशिगन स्टेट यूनिवर्सिटी में रासायनिक इंजीनियरिंग और सामग्री विज्ञान के सहायक प्रोफेसर जोस मेंडोज़ा-कोर्टेस ने कहा, “आपकी गैसोलीन कार में उत्प्रेरक कनवर्टर में कीमती धातु प्लैटिनम होता है जो हानिकारक गैसों को कम हानिकारक गैसों में परिवर्तित करता है।” “हालांकि, यह महंगा है क्योंकि आपको कटैलिसीस के लिए बहुत सारे प्लैटिनम परमाणु लगाने की आवश्यकता है। अब कल्पना करें कि आपको केवल एक या दो डालने की आवश्यकता है, और फिर भी वही प्रदर्शन प्राप्त करें।”

प्लेटिनम का उपयोग कई अन्य प्रायोगिक रासायनिक प्रतिक्रियाओं के लिए उत्प्रेरक के रूप में भी किया जाता है, और प्लैटिनम अणु जो रूपांतरित होते हैं, वे आमतौर पर सतह पर होते हैं, जबकि निम्नलिखित अणु केवल एक संरचनात्मक आधार होते हैं।

मेंडोज़ा-कोर्टेस ने कहा, “इस अध्ययन में, हमने संरचनात्मक समर्थन के रूप में दोषपूर्ण एचबीएन का इस्तेमाल किया, जो कि सस्ती है, जबकि अधिकांश प्लैटिनम परमाणुओं को रासायनिक प्रतिक्रियाएं करने के लिए बाहर निकाला जाता है।”

एचबीएन में दोष सामग्री की रासायनिक गतिविधि की कुंजी है। शोधकर्ताओं ने क्रायोमिलिंग नामक एक प्रक्रिया के माध्यम से सामग्री में छोटे-छोटे छेद किए, जिसमें सुपरकूलिंग और फिर क्रायोजेनिक पीस द्वारा सामग्री को कम करना शामिल था।

छेद इतने छोटे होते हैं कि वे एक बार में कीमती धातु के केवल एक या दो परमाणु ही धारण कर सकते हैं। धात्विक लवणों को मिलाकर, रोमछिद्रों से भरा हुआ hBN अभिक्रिया करता है, जिससे hBN सबस्ट्रेट पर एक या दो परमाणुओं के रूप में छोटे नैनोस्ट्रक्चर बनते हैं।

“क्योंकि बोरॉन नाइट्राइड किसी भी चीज़ के साथ प्रतिक्रिया नहीं करता है, तो आप उत्प्रेरक के लिए आधार के रूप में इस” होली “एचबीएन का उपयोग कर सकते हैं यदि आप एक अणु में प्लैटिनम, सोना या चांदी के नमक को कम करते हैं और बोरॉन नाइट्राइड पर दोष (छेद) में कम करते हैं। सरफेस, “मौरिको टैरन्स, पेन स्टेट में भौतिकी के प्रोफेसर और वर्ने एम में रसायन विज्ञान और सामग्री विज्ञान के प्रोफेसर। विलिमन ने कहा। “यह पूरी तरह से नया है, और यही हमने यहां दिखाया है।”

यह प्रदर्शित करना महत्वपूर्ण था, क्योंकि पहले यह सोचा गया था कि जो पदार्थ इतने निष्क्रिय थे, वे कभी भी रासायनिक रूप से सक्रिय नहीं हो सकते।

“इस परियोजना का सबसे कठिन हिस्सा अनुसंधान समुदाय को यह विश्वास दिलाना था कि एचबीएन जैसे ठोस पदार्थ को रासायनिक प्रतिक्रिया के लिए सक्रिय किया जा सकता है और उत्प्रेरक सहायक के रूप में कार्य किया जा सकता है, ” लेघ ने कहा। “हमारे अध्ययन की समीक्षा की प्रक्रिया के दौरान, समीक्षकों द्वारा सुझाए गए अतिरिक्त प्रयोगों ने काम में सुधार किया और समुदाय को मनाने में मदद की।”

प्रयोगों में पेन स्टेट में मैटेरियल्स रिसर्च इंस्टीट्यूट के हिस्से, मैटेरियल्स कैरेक्टराइजेशन लैब (एमसीएल) में उन्नत उपकरणों का उपयोग शामिल था। मिशिगन स्टेट यूनिवर्सिटी में सामग्री, प्रक्रियाओं और क्वांटम सिमुलेशन सेंटर (MUSiC) लैब और साइबर-सक्षम अनुसंधान संस्थान में कम्प्यूटेशनल और सैद्धांतिक गणना की गई।

“तो, हम जानना चाहते हैं कि सामग्री में हमारे पास किस तरह की खामियां हैं, और हम कैसे दिखा सकते हैं कि हमारे पास खामियां हैं और यह और कुछ नहीं है?” टायरों ने कहा। “तो, हमने सिंक्रोट्रॉन विकिरण समेत इन सभी अलग-अलग विस्तृत विशेषताओं को दिखाया, यह दिखाने के लिए कि हमारे पास वास्तव में सिंगल-एटम प्लैटिनम था, प्लैटिनम क्लस्टर नहीं।”

टीम ने प्रयोगों के अलावा अपनी बात को साबित करने के लिए मॉडलिंग का भी इस्तेमाल किया।

मेंडोज़ा-कोर्टेस ने कहा, “हमने दिखाया है, गणना की और प्रयोगात्मक रूप से, कि हम छेद इतने छोटे बना सकते हैं कि वे उस समय केवल 1-, या 2-परमाणु कीमती धातुओं को पकड़ सकें।”

अधिक लागत प्रभावी उत्प्रेरक, ऊर्जा भंडारण और सेंसर सहित रासायनिक रूप से सक्रिय एचबीएन के लिए आवेदन की संभावना विविध है। इसके अलावा, यह संभव है कि उनकी तकनीक का उपयोग अन्य निष्क्रिय सामग्री को सक्रिय करने या अन्य (कीमती) धातुओं का उपयोग करने के लिए किया जा सकता है।

“मुझे लगता है कि हम उस सामग्री को दिखा रहे हैं जिसे निष्क्रिय माना जाता है, सामग्री में दोषों को बनाने और नियंत्रित करके सक्रिय किया जा सकता है,” टायरॉन ने कहा। “हमने दिखाया है कि आवश्यक रसायन परमाणु स्तर पर होता है। यदि यह बोरॉन नाइट्राइड के लिए काम करता है, तो इसे किसी अन्य सामग्री के लिए काम करना चाहिए।”


उत्प्रेरक के रूप में एकल अणु


और जानकारी:
यू लाई एट अल, धातु जमाव और एकल परमाणु उत्प्रेरक के लिए निष्क्रिय हेक्सागोनल बोरॉन नाइट्राइड का कम तापमान सक्रियण, सामग्री आज (2021)। डीओआई: 10.1016 / जे.मैटोड.2021.09.017

पेंसिल्वेनिया स्टेट यूनिवर्सिटी द्वारा प्रदान किया गया

उल्लेख: क्या दोष निष्क्रिय सामग्री को उपयोगी, सक्रिय सामग्री में बदल सकते हैं? 19 नवंबर, 2021 को https://phys.org/news/2021-11-defects-inert-materials.html (2021, 19 नवंबर) से लिया गया।

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