Bilim insanları, bir katalizör olarak platini nasıl daha ekonomik hale getirebileceklerini buldular. Çözüm onu düşük sıcaklıkta bir sıvıya dönüştürmek.
Platin, altın, rutenyum ve paladyum gibi asil metallerin kimyasal reaksiyonlar için mükemmel katalizörler olduğu yüzyıllardır biliniyor çünkü atomlar arasındaki kimyasal bağları diğer metallerden daha verimli bir şekilde kırmaya yardımcı oluyorlar.
Ancak asil metaller nadir ve pahalıdır, bu nedenle büyük ölçekli endüstriyel üreticiler genellikle demir gibi daha ucuz, daha az etkili alternatifleri tercih ederler. (Örneğin, toplu gübre üretiminde demir katalizör olarak kullanılır.)
Daha düşük kaliteli katalizörler kullanmanın dezavantajı, kimyasal reaksiyonların yüksek sıcaklıklara kadar ısıtılması gerekliliğidir, bu da birçok endüstriyel işlem için karbon ayak izini artırır.
Avustralya’daki UNSW Sydney ve RMIT’den araştırmacılar, rekor kıran bir başarı ile platini sıvı galyumda çözdüler ve platin atomlarını parçaladılar, böylece daha az miktarda platinde daha fazla katalitik potansiyel oldu.
Platin normalde 1.700 °C (3,092 Fahrenheit) erime sıcaklığına sahiptir, bu da katalizör olarak kullanıldığında genellikle katı olduğu anlamına gelir.
Sıvı galyumun yararlı bir özelliği, her moleküldeki tek tek atomları ayırarak metalleri (suyun tuzu ve şekeri çözmesi gibi) çözmesidir.
Araştırmacılar, buluşun endüstriyel üretimde enerji maliyetlerinden tasarruf etme ve emisyonları düşürme potansiyeline sahip olduğunu söylüyor.
UNSW Sydney’den kimya mühendisi Md. Arifur Rahim ScienceAlert’e verdiği demeçte, “Sıvı platin gibi daha verimli bir katalizör kullanılarak nispeten düşük sıcaklıkta bir dizi önemli kimyasal reaksiyon gerçekleştirilebilir” dedi.
Rahim, bilim insanlarının 2011’den beri bir “minyatürleştirme” süreciyle pahalı asil metal katalizörlerini daha uygun fiyatlı hale getirmeye çalıştıklarını açıklıyor.
Metaller katı olduğunda, reaksiyonlarda sadece dışarıdaki atomlar kullanılabilir, bu nedenle çok fazla atık vardır. Bu katıyı giderek daha küçük kümelere ayırırsanız (nanopartikülleri düşünün), daha fazla metal atomu ile daha verimli bir reaksiyon elde edersiniz.
En verimli ve en küçük sistem, her bir atomu bir katalizörün işini yapmaya hazır hale getirecektir.
Rahim, “Sistemi küçülttüğünüzde, yüzey-hacim oranını ve atom kullanım verimliliğini en üst düzeye çıkarırsınız, böylece toplam katalizör tüketiminiz zamanla daha az olur ve bu muhtemelen ürününüzü uygun maliyetli hale getirebilir”diyor.
“Teorik olarak, o katalitik metalin maksimum verimini, atom ölçeğindeyken elde edersiniz, çünkü bunun ötesine geçemezsiniz.”
Tek atomlu katalizörlerde, katalizörü bir arada tutan bağlar ayrılır ve her bir atom, matris adı verilen bir maddeye ayrı ayrı demirlenir.
Rahim ve meslektaşları, matrisleri olarak galyumu test ettiler. Galyum içinde çözündükten sonra, her platin atomunun diğer tüm platin atomlarından ayrıldığını ve bu da onu mükemmel bir minyatür katalizör haline getirdiğini buldular.
Araştırmacılar makalelerinde, “Çözündüklerinde platin atomları, atomik kümelenme olmadan (yani, platin-platin bağının yokluğu) sıvı galyum matrisinde uzaysal olarak dağılır, bu da dikkate değer kütle aktivitesi ile farklı katalitik reaksiyonlara neden olabilir” diye yazıyor.
Galyum demir kadar ucuz değildir. Ancak aynı reaksiyonlar için tekrar tekrar kullanılabilir. Bunun nedeni, platin gibi galyumun da reaksiyon sırasında devre dışı kalmaması veya bozulmamasıdır.
Ekip, tekniklerinin gübreden yeşil yakıt hücrelerine kadar çok daha temiz ve daha ucuz ürünlere yol açmasını umuyor.
Çalışma Nature Chemistry dergisinde yayınlandı.