معلومات جديدة عن ارتباط جزيئات الذهب على سطوح أكاسيد معدنية

ترجمة بتصرف: ميشيل رحال، الكيمياء العربي
أصبح من الممكن الآن وبالتفاصيل فهم سبب الارتباط القوي لجزيئات الذهب على سطوح معدلة الكترونياً لأوكسيد الكالسيوم.
في دراسة نموذجية، تمكن الباحثون جيني آندرسين Jenni Andersin، جين نيفاليتا Janne Nevalaita,، كارولينا هونكايا Janne Nevalaita,، وهانو هاكينين Hannu Häkkinen، في جامعة جيفسكايا، مركز العلوم النانوية the University of Jyväskylä Nanoscience Center، بإظهار أن كيمياء الاكسدة والارجاع تحدد وبشكل كامل قوة امتزاز الذهب على الأوكسيد المعدل عند استبدال ذرة واحدة بذرة موليبدين Mo. وقد تم تمويل الدراسة من الأكاديمية الفنلندية.
طبق فريق الباحثين ما يسمى بدورة بورن-هابر Born-Haber Cycle لتحليل كيفية مساهمة الشروط المختلفة في طاقة الامتزاز. وتمت الحسابات في حواسيب فائقة تابعة لمركز العلوم CSC-IT وذلك بتوظيف مناهج محاكاة الميكانيك الكوانتي.
في بلورة الاوكسيد، تقدم ذرة الموليبدين الكترونيين إلى الأوكسيد وعندما تمتز ذرة الذهب على سطح الأوكسيد يجري تفاعل أكسدة-إرجاع.
تكمن أهمية نتائج الباحثين في فهم تآثرات الحفاز والحامل، وتدعم النتائج بقوة المسح التجريبي حيث تمت رؤية جزيئات الذهب التي تشكل بنية سطحية على سطح أوكسيد الكالسيوم المعدل.ينطلق الكترون ثالث من الشائبة، إلى ذرة الذهب، ويرافق ذلك إصدار طاقة، وبتغيير الشائبة بين عدة ذرات لمعادن انتقالية، وجد الباحثون بأن معدل إصدار الطاقة مرتبط خطياً مع قدرة الشائبة على منح الالكترون. يمكن استخدام هذا المسار لتقدير كم ذرة مضافة تجعل امتزاز الذهب مستقراً بدون حساب طاقة الامتزاز.
يمكن توظيف دورة مماثلة لدورة بورن-هابر، طبقت في هذه الدراسة، لتحليل التفاعلات الكيميائية المحفزة بالأكاسيد والتي تتبع آلية الأكسدة-إرجاع.
تستخدم الحفازات عادة في الصناعة، مثلاً في إنتاج الوقود، اللدائن، الأسمدة، ومركبات أخرى مشابهة، كما تستخدم أكاسيد المعادن بشكل واسع كمواد حاملة للجزيئات المعدنية المحفزة. تعتمد خواص الربط والشكل لجزيئات المعدن النانوية بشكل حساس على التفاعلات بين الحامل والحفاز، وبضبط هذا التفاعل، من الممكن التأثير على عدد وخواص المواقع المحفزة الفعالة، أو حتى خلق مواقع فعالة جديدة.
هناك طريق لتحوير التفاعل وذلك بتطعيم الأوكسيد بذرة معدن مضاف يعطي أكبر عدد ممكن من الالكترونات إلى المعدن.
تم نشر نتائج الباحثين في أيلول سنة 2012 في مجلة الكيمياء المرموقة Angewandte Chemie بعنوان: كيمياء الأكسدة-الارجاع للذهب بوجود أكسيد كالسيوم مطعم عالي الربط. (http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201208443/abstract)